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CORPS DE POMPE MULTIÉTAGÉE ET POMPE A GAZ MULTIÉTAGÉE
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un corps de pompe multiétagé, ainsi
qu'une pompe multiétagée, qui peut notamment être une pompe à vide. Dans
ce qui suit et dans les revendications annexées, le terme pompe couvre les
pompes d'entraînement d'un gaz, les pompes à vide et aussi les compresseurs,
tandis que l'expression corps de pompe désigne une partie pouvant
appartenir à une telle pompe d'entraînement d'un gaz, à une telle pompe à vide
ou à un tel compresseur.
État de la technique
De manière connue, une pompe multiétagée est une pompe
comprenant plusieurs chambres de pompage successives, que des conduits de
liaison relient entre elles de manière que du gaz comprimé dans une chambre
de pompage autre que la dernière soit conduit jusqu'à l'entrée de la chambre
de
pompage suivante.
La compression de gaz effectuée dans chaque chambre de
pompage se traduit par un dégagement de chaleur pour l'évacuation de laquelle
différents dispositifs de refroidissement ont été proposés.
Dans le brevet européen EP 2 626 562 Bi, il est décrit une pompe
multiétagée dans laquelle, lors de son trajet entre deux chambres de pompage
successives, le gaz s'écoule le long d'une plaque pourvue d'ailettes de
refroidissement et destinée à évacuer la chaleur vers l'air atmosphérique
extérieur, par simple convection naturelle.
Une autre solution pour évacuer la chaleur dégagée lors de la
compression d'un gaz dans une pompe multiétagée utilise des échangeurs de
chaleur, dans chacun desquels le gaz est refroidi lors de son trajet entre
deux
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chambres de pompage successives. Le document JP 2001-27190 propose un
refroidissement basé sur cette autre solution.
Il est également connu de refroidir une pompe multiétagée au moyen
d'une circulation d'un liquide de refroidissement tel que de l'eau. Dans le
brevet
US 8,573,956 B2, le circuit de refroidissement passe entre la dernière chambre
de pompage et l'avant-dernière chambre de pompage, puis en-dessous des
autres chambres de pompage. Dans le document JP 2014-55580, un tube
rectiligne pour l'écoulement d'un liquide de refroidissement passe soit dans
un
conduit de liaison pour le gaz entre deux chambres de pompage, soit entre
deux chambres de pompage consécutives.
Dans le document JP 2001-20884 comme dans le document JP 2-
95792 (JPH 0295792 A), il est également proposé un refroidissement au moyen
d'un liquide de refroidissement. Ce refroidissement est un refroidissement
extérieur dans la mesure où le liquide de refroidissement passe autour des
chambres de pompage et autour des conduits de liaison reliant ces chambres
de pompage entre elles.
Le refroidissement des pompes multiétagées décrites dans les
documents et brevets susmentionnés présente une efficacité qui n'est pas
totalement satisfaisante.
Exposé sommaire de l'invention
L'invention a au moins pour but de permettre d'améliorer l'efficacité
de l'évacuation de la chaleur qui est générée par la compression du gaz dans
un corps de pompe multiétagé d'une pompe multiétagée lorsque celle-ci
fonctionne.
Selon l'invention, ce but est atteint grâce à corps de pompe
multiétagé, comprenant au moins une première chambre de pompage, une
deuxième chambre de pompage, un conduit de liaison mettant en
communication une sortie de la première chambre de pompage avec une
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entrée de la deuxième chambre de pompage, ainsi qu'une galerie étanche pour
la circulation d'un liquide de refroidissement. Le conduit de liaison est un
conduit latéral du corps de pompe multiétagé qui comporte au moins une paroi
de conduction de chaleur délimitant partiellement le conduit de liaison et
ayant
une surface externe à l'extérieur. Une portion au moins du conduit de liaison
passe entre cette surface externe de la paroi de conduction de chaleur et la
galerie étanche.
Chacune des première et deuxième chambres de pompage est
prévue pour recevoir au moins un organe apte à produire un déplacement de
gaz vers l'aval. Lors de sa compression dans chacune des première et
deuxième chambres de pompage, le gaz pompé s'échauffe. Lorsqu'il passe
dans le conduit de liaison, ce gaz est refroidi par l'intermédiaire de la
paroi de
conduction de chaleur, qui est elle-même refroidie par l'air atmosphérique
ambiant. De la sorte, un premier refroidissement du corps de pompe multiétagé
s'effectue par convection naturelle et par rayonnement vers l'air
atmosphérique
ambiant. Simultanément, un deuxième refroidissement du corps de pompe
multiétagé est produit par un transfert de chaleur au liquide de
refroidissement
circulant dans la galerie étanche. Un double refroidissement du corps de pompe
multiétagé selon l'invention a donc lieu.
Comme elle permet d'améliorer le refroidissement, l'invention permet
d'obtenir que l'efficacité du pompage soit meilleure, ce qui constitue un
avantage. En particulier, grâce à une amélioration de l'efficacité du pompage,
le
débit maximal pompé peut être augmenté. En d'autres termes, l'invention a
comme avantage de permettre d'obtenir une augmentation du débit maximal
que peut pomper une pompe.
Le corps de pompe multiétagé défini ci-dessus peut incorporer une
ou plusieurs autres caractéristiques avantageuses, isolément ou en
combinaison, en particulier parmi celles définies ci-après.
Avantageusement, une portion au moins de la galerie étanche passe
entre le conduit de liaison et l'une au moins des première et deuxième
chambres de pompage. Lorsque tel est le cas, le liquide de refroidissement
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circulant dans la galerie étanche refroidit à la fois le conduit de liaison et
l'une
au moins des première et deuxième chambres de pompage, ce qui se traduit
par un refroidissement encore plus efficace.
Avantageusement, une portion au moins de la galerie étanche passe
entre la première chambre de pompage et la deuxième chambre de pompage.
Lorsque tel est le cas, le liquide de refroidissement circulant dans la
galerie
étanche refroidit efficacement les première et deuxième chambres de pompage.
Avantageusement, le corps de pompe multiétagé comporte au moins
une cloison de conduction de chaleur séparant le conduit de liaison et la
galerie
étanche l'un de l'autre. Une telle cloison de conduction de chaleur évacue
efficacement de la chaleur depuis le conduit de liaison vers le liquide de
refroidissement circulant dans la galerie étanche.
Avantageusement, le corps de pompe multiétagé comporte au moins
une cloison de conduction de chaleur séparant la galerie étanche et la
première
chambre de pompage l'une de l'autre. Une telle cloison de conduction de
chaleur évacue efficacement de la chaleur depuis la première chambre de
pompage vers le liquide de refroidissement circulant dans la galerie étanche.
Avantageusement, la galerie étanche enveloppe partiellement la
première chambre de pompage et/ou la deuxième chambre de pompage.
Lorsque tel est le cas, le refroidissement de l'une au moins des première et
deuxième chambres de pompage est très efficace.
Avantageusement, la galerie étanche comprend au moins une entrée
pour le liquide de refroidissement et au moins une sortie pour le liquide de
refroidissement.
Avantageusement, le corps de pompe multiétagé comprend au
moins un passage axial pour un arbre rotatif, un segment de ce passage axial
reliant les première et deuxième chambres de pompage.
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Avantageusement, le corps de pompe multiétagé a un premier côté
et un deuxième côté opposé au premier côté par rapport au passage axial, le
conduit de liaison passant au niveau du premier côté du corps de pompe
multiétagé, le corps de pompe multiétagé délimitant un autre conduit de
liaison
5 .. mettant en communication la sortie de la première chambre de pompage avec
l'entrée de la deuxième chambre de pompage, cet autre conduit de liaison
passant au niveau du deuxième coté du corps de pompe multiétagé.
Avantageusement, le corps de pompe multiétagé a un troisième côté
et un quatrième côté opposé au troisième côté par rapport au passage axial, la
sortie de la première chambre de pompage se trouvant au niveau du troisième
côté du corps de pompe multiétagé, l'entrée de la deuxième chambre de
pompage se trouvant au niveau du quatrième coté du corps de pompe
multiétagé.
Avantageusement, une entrée de la première chambre de pompage
se trouve au niveau du quatrième coté du corps de pompe multiétagé, une
sortie de la deuxième chambre de pompage se trouvant au niveau du troisième
côté du corps de pompe multiétagé.
Avantageusement, le conduit de liaison est un premier conduit de
liaison, le corps de pompe multiétagé comprenant une troisième chambre de
pompage et un deuxième conduit de liaison qui est un conduit mettant en
communication une sortie de la deuxième chambre de pompage avec une
entrée de la troisième chambre de pompage, la paroi de conduction de chaleur
étant une première paroi de conduction de chaleur, le corps de pompe
multiétagé comportant au moins une deuxième paroi de conduction de chaleur,
cette deuxième paroi de conduction de chaleur délimitant partiellement le
deuxième conduit de liaison et ayant une surface externe à l'extérieur, une
portion au moins du deuxième conduit de liaison passant entre cette surface
externe de la deuxième paroi de conduction de chaleur et la galerie étanche.
Lorsque tel est le cas, le gaz est refroidi à la fois lors de son passage dans
le
premier conduit de liaison et lors de son passage dans le deuxième conduit de
liaison.
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Avantageusement, le corps de pompe multiétagé comprend deux
extrémités traversées par le ou chaque passage axial, la surface externe de la
paroi de conduction de chaleur faisant partie d'une surface latérale
s'étendant
entre les deux extrémités du corps de pompe multiétagé.
Avantageusement, la paroi de conduction de chaleur comporte deux
surfaces principales opposées et une épaisseur constante ou non entre ces
deux surfaces principales opposées dont une est la surface externe de la paroi
de conduction de chaleur.
Comme il s'agit d'un conduit latéral, le conduit de liaison met en
communication la sortie de la première chambre de pompage avec l'entrée de
la deuxième chambre de pompage sans passer entre la première et la
deuxième chambre de pompage.
Avantageusement, sur la majeure partie de sa longueur, le conduit
de liaison a une section transversale qui est allongée selon une direction
sensiblement parallèle au passage axial.
L'invention a également pour objet une pompe multiétagée qui
comprend un corps de pompe multiétagé tel que défini précédemment. La
surface externe de la paroi de conduction de chaleur est à l'extérieur de la
pompe.
La pompe multiétagée définie ci-dessus peut incorporer une ou
plusieurs autres caractéristiques avantageuses, isolément ou en combinaison,
en particulier parmi celles définies ci-après.
Avantageusement, la pompe multiétagée comprend au moins un
premier rotor pour produire un déplacement de gaz vers l'aval dans la première
chambre de pompage, au moins un deuxième rotor pour produire un
déplacement de gaz vers l'aval dans la deuxième chambre de pompage et un
arbre rotatif portant les premier et deuxième rotors.
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Avantageusement, la pompe multiétagée est une pompe à lobes ou
une pompe à ergots ou une pompe à engrenage et, avantageusement, elle
comprend au moins un autre premier rotor dans la première chambre de
pompage, au moins un autre deuxième rotor dans la deuxième chambre de
pompage et un autre arbre rotatif portant les autres premier et deuxième
rotors,
le premier rotor et l'autre premier rotor étant à même de produire un
déplacement de gaz vers l'aval dans la première chambre de pompage en étant
entraînés en sens contraires, le deuxième rotor et l'autre deuxième rotor
étant à
même de produire un déplacement de gaz vers l'aval dans la deuxième
chambre de pompage en étant entraînés en sens contraires.
Brève description des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de
la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de
l'invention
donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, parmi
lesquels :
- la figure 1 est une vue latérale d'une pompe multiétagée selon un
mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 et
représente la même pompe multiétagée que cette figure 1,
- la figure 3 est une vue en perspective d'un corps de pompe
multiétagé qui est selon un mode de réalisation de l'invention et qui fait
partie
de la pompe multiétagée des figures 1 et 2,
- la figure 4 est une vue en coupe longitudinale selon le plan vertical
IV de la figure 3 et représente le même corps de pompe multiétagé que cette
figure 3,
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- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne
horizontale V-V de la figure 4 et représente le même corps de pompe
multiétagé que les figures 3 et 4,
- la figure 6 est une vue en coupe transversale selon la ligne VI-VI de
la figure 4 et représente le même corps de pompe multiétagé que les figures 3
et 4,
- la figure 7 est une vue en coupe transversale selon la ligne VII-VII
de la figure 4 et représente le même corps de pompe multiétagé que les figures
3 et 4,
- la figure 8 est une vue en coupe transversale selon la ligne VIII-VIII
de la figure 4 et représente le même corps de pompe multiétagé que les figures
3 et 4,
- la figure 9 est une vue en coupe transversale selon la ligne IX-IX de
la figure 4 et représente le même corps de pompe multiétagé que les figures 3
et 4,
- la figure 10 est une vue en coupe transversale selon la ligne X-X de
la figure 4 et représente le même corps de pompe multiétagé que les figures 3
et 4, et
- la figure 11 est une vue en coupe transversale selon la ligne XI-XI
de la figure 4 et représente le même corps de pompe multiétagé que les figures
3 et 4.
Description d'un mode préférentiel de l'invention
Une pompe multiétagée 1 selon un mode de réalisation de l'invention
est représentée seule à la figure 1. Elle comporte un corps de pompe
multiétagé 2, dont chaque extrémité porte un boîtier 3 pourvu de l'un de deux
moteurs électriques 4 et 5 synchronisés l'un avec l'autre.
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Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2, la pompe multiétagée 1 est
une pompe à lobes. L'invention ne se limite toutefois pas aux pompes à lobes.
Par exemple, une pompe à ergot ou une pompe à engrenage peut être
conforme à l'invention.
La pompe multiétagée 1 comporte deux arbres rotatifs 8, qui sont
entraînés en rotation en sens contraires, l'un par le moteur électrique 4 et
l'autre par le moteur électrique 5. Chaque arbre rotatif 8 porte trois rotors
dont
chacun fait partie d'une paire de rotors 9 complémentaires. Chaque rotor 9
comporte plusieurs lobes, qui sont au nombre de quatre dans l'exemple
représenté. Le nombre de lobes des rotors 9 pourrait toutefois être différent
de
quatre.
Le corps de pompe multiétagé 2 est représenté seul à la figure 3. Il
est constitué de deux carters 11 et 12, dont chacun possède une bride de
fixation 13 discontinue. Visibles seulement à la figure 1, des vis 14 montées
au
niveau des brides de fixation 13 fixent les carters 11 et 12 l'un à l'autre
par
serrage.
Le corps de pompe multiétagé 2 comporte une entrée 16 pour un
liquide de refroidissement, ainsi que deux sorties 17 pour ce même liquide de
refroidissement.
Ainsi qu'on peut le voir à la figure 4, le corps de pompe multiétagé 2
délimite plusieurs chambres de pompage successives, qui sont alignées selon
une direction parallèle aux arbres rotatifs 8 et qui sont une première chambre
de pompage 20, une deuxième chambre de pompage 21 succédant à la
première chambre de pompage 20 et une troisième chambre de pompage 22
succédant à la deuxième chambre de pompage 21.
Dans l'exemple représenté, les chambres de pompage 20 à 21 sont
au nombre de 3, mais leur nombre pourrait être différent de 3.
Comme on peut le voir à la figure 2, une des paires de rotors 9
complémentaires se trouve dans la première chambre de pompage 20. De
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manière semblable, une paire de rotors complémentaires se trouve dans
chacune des chambres de pompage 21 et 22. Dans un souci de clarté, les deux
arbres rotatifs 8 et les rotors 9 de la pompe multiétagée 1 ne sont pas
représentés sur les figures 4 à 11.
5 Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 4, l'aspiration 23 de la pompe
multiétagée 1 se prolonge par l'entrée de la première chambre de pompage 20,
tandis que la sortie de la troisième chambre de pompage 22 se prolonge par le
refoulement 24 de la pompe multiétagée 1.
Le carter 11 délimite partiellement la première chambre de pompage
10 20, que l'un des boîtiers 3 ferme au niveau d'une face à l'extrémité 2a du
corps
de pompe multiétagé 2. Le carter 11 et le carter 12 délimitent ensemble la
deuxième chambre de pompage 21. Le carter 12 délimite partiellement la
troisième chambre de pompage 22, que l'un des boîtiers 3 ferme au niveau
d'une face à l'extrémité 2b du corps de pompe multiétagé 2.
Des joints d'étanchéité comprimés dans des gorges réalisent des
étanchéités entre les carters 11 et 12. Ils sont référencés 25 sur la figure
5.
Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 4 et 5 considérées ensemble,
deux conduits de liaison 26a et 26b symétriques l'un de l'autre raccordent la
sortie 27 de la première chambre de pompage 20 à l'entrée 28 de la deuxième
chambre de pompage 21. Les conduits 26a et 26b sont des premiers conduits
de liaison. Une paire de deuxièmes conduits de liaison 29a et 29b symétriques
l'un de l'autre raccordent la sortie 30 de la deuxième chambre de pompage 21 à
l'entrée 31 de la troisième chambre de pompage 22. Sur la figure 4, la flèche
C
symbolise le cheminement du gaz depuis l'aspiration 23 jusqu'au refoulement
24.
Les premiers conduits de liaison 26a et 26b, ainsi que les deuxièmes
conduits de liaison 29a et 29b, sont des conduits latéraux du corps de pompe
multiétagé 2. Chacun des premiers conduits de liaison 26a et 26b est
partiellement délimité par une paroi latérale qui est une paroi de conduction
de
chaleur 33 ayant une surface externe 34 à l'extérieur de la pompe multiétagée
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1. Les parois de conduction de chaleur 33 sont des premières parois de
conduction de chaleur. Chacun des deuxièmes conduits de liaison 29a et 29b
est partiellement délimité par l'une de deux parois latérales qui sont des
deuxièmes parois de conduction de chaleur 36 ayant chacune une surface
externe 37 à l'extérieur de la pompe multiétagée 1.
Le corps de pompe multiétagé 2 délimite une galerie étanche 40
pour la circulation du liquide de refroidissement qui peut être, par exemple,
de
l'eau.
Ainsi qu'on peut le voir à la figure 6, la galerie étanche 40
communique avec les sorties 17, par lesquelles le fluide de refroidissement
présent dans cette galerie étanche peut être évacué.
Ainsi qu'on peut le voir à la figure 7, la galerie étanche 40 entoure
partiellement la première chambre de pompage 20.
Ainsi qu'on peut le voir à la figure 9, la galerie étanche 40 entoure
partiellement la deuxième chambre de pompage 21.
Ainsi qu'on peut le voir à la figure 10, la galerie étanche 40 comporte
une chambre de répartition 40a, dans laquelle débouche l'entrée 16, qui permet
d'alimenter la galerie étanche 40 en fluide de refroidissement.
Ainsi qu'on peut le voir à la figure 11, la galerie étanche 40 entoure
partiellement la troisième chambre de pompage 22.
Ainsi qu'on peut le voir aux figures 5 à 7, la galerie étanche 40 passe
entre la première chambre de pompage 20 et chacun des premiers conduits de
liaison 26a et 26b. Une cloison de conduction de chaleur 42 délimite
partiellement le premier conduit de liaison 26a et la galerie étanche 40,
qu'elle
sépare l'un de l'autre. Une autre cloison de conduction de chaleur 42 délimite
partiellement le premier conduit de liaison 26b et la galerie étanche 40,
qu'elle
sépare l'un de l'autre. Une cloison de conduction de chaleur 43 délimite
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partiellement la première chambre de pompage 20 et la galerie étanche 40,
qu'elle sépare l'une de l'autre.
Lorsque la pompe 1 fonctionne, le gaz aspiré par cette pompe 1 est
comprimé dans les première, deuxième et troisième chambres de pompage 20
à 22, lors de quoi il s'échauffe.
La chaleur des gaz passant dans les premiers conduits de liaison
26a et 26b est évacuée à la fois par les parois de conduction de chaleur 33 et
par les cloisons de conduction de chaleur 42. Un premier refroidissement a
lieu
du fait d'un transfert de chaleur à l'air ambiant par rayonnement et convexion
naturelle, au niveau des surfaces externes 34 des parois de conduction de
chaleur 33. Un deuxième refroidissement est effectué au niveau des cloisons
de conduction de chaleur 42, par le liquide de refroidissement circulant dans
la
galerie étanche 40. Les gaz passant dans les premiers conduits de liaison 26a
et 26b subissent donc le cumul de deux refroidissements simultanés, qui
s'effectuent sur les deux côtés larges de chaque premier conduit de liaison
26a
ou 26b.
En plus de refroidir la cloison de conduction de chaleur 42, le liquide
de refroidissement circulant dans la galerie étanche 40 refroidit la cloison
de
conduction de chaleur 43 et donc la première chambre de pompage 20 par
l'intermédiaire de cette cloison de conduction de chaleur 43.
Ainsi qu'on peut le voir aux figures 5 et 9, la galerie étanche 40
passe entre la deuxième chambre de pompage 21 et chacun des deuxièmes
conduits de liaison 29a et 29b. Une cloison de conduction de chaleur 45
délimite partiellement le deuxième conduit de liaison 29a et la galerie
étanche
40, qu'elle sépare l'un de l'autre. Une autre cloison de conduction de chaleur
45
délimite partiellement le deuxième conduit de liaison 29b et la galerie
étanche
40, qu'elle sépare l'un de l'autre. Une cloison de conduction de chaleur 46
délimite partiellement la deuxième chambre de pompage 21 et la galerie
étanche 40, qu'elle sépare l'une de l'autre.
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La chaleur des gaz passant dans les deuxièmes conduits de liaison
29a et 29b est évacuée à la fois par les parois de conduction de chaleur 36 et
par les cloisons de conduction de chaleur 45. Un refroidissement a lieu par
convexion naturelle et transfert de chaleur à l'air ambiant au niveau des
surfaces externes 37 des parois de conduction de chaleur 36. Un autre
refroidissement est effectué au niveau des cloisons de conduction de chaleur
45, par le liquide de refroidissement circulant dans la galerie étanche 40.
Les
gaz passant dans les deuxièmes conduits de liaison 29a et 29b subissent donc
le cumul de deux refroidissements simultanés, qui s'effectuent sur les deux
côtés larges de chaque deuxième conduit de liaison 29a ou 29b.
En plus de refroidir la cloison de conduction de chaleur 45, le liquide
de refroidissement circulant dans la galerie étanche 40 refroidit la cloison
de
conduction de chaleur 46 et donc la deuxième chambre de pompage 21 par
l'intermédiaire de cette cloison de conduction de chaleur 46.
Une portion de la galerie étanche 40 se trouve dans la paroi de
séparation 50 entre la première chambre de pompage 20 et la deuxième
chambre de pompage 21, entre lesquels elle passe, ce qui se traduit par un
refroidissement amélioré de ces première et deuxième chambres de pompage
et 21. Une portion de la galerie étanche 40 se trouve dans la paroi de
20 séparation 51 entre la deuxième chambre de pompage 21 et la troisième
chambre de pompage 23, entre lesquelles elle passe, ce qui améliore le
refroidissement de ces deuxième et troisième chambres de pompage 21 et 22.
Sur les figures 6 à 10, deux passages axiaux chacun pour l'un des
arbres rotatifs 8 sont référencés 53 et traversent de part en part la paroi de
séparation 50 et la paroi de séparation 51.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit plus haut.
En particulier, un corps de pompe multiétagé conforme à l'invention peut
comporter seulement un unique passage axial 53 pour un unique arbre rotatif 8,
par exemple dans le cas où elle fait partie d'une pompe à palettes.
