Brevet FR2001430A1 — publié le 19690926

i 2001430 La présente invention est relative à une pompe, plus particulièrement du genre dit "pompe à boues", c'est-à-dire prévue pour véhiculer des fluides à haute viscosité0 Pour pomper des fluides de ce type, il est connu d'utiliser 5 des dispositifs centrifuges ; toutefois, ces systèmes présentent 1 *inconvénient de conduire rapidement à une limite pour la hauteur de refoulement du fluide, tandis que par ailleurs 1'emploi de fluides à haute viscosité accroît les difficultés d*auto-amorçage et de déplacement positif. 10 La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant une pompe qui comporte, en combinaison, au moins deux chambres de pression expansibles entourées par un conduit relativement rigide qui les entoure avec un faible jeu de façon à faire passer le fluide à pomper dans l'espace défini entre 15 ces chambres et les parois internes dudit conduit, un système distributeur étant enfin prévu pour dilater des chambres à volonté et dans l'ordre voulu, suivant la direction d'écoulement désirée pour le fluide. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, 20 permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 représente schématiquement la suite des opérations au cours du cycle de fonctionnement d'une pompe selon 1'invention. 25 Fig. 2 est une vue en élévation avec coupe partielle d'un système distributeur particulier de la poâipe. Fig. 3 est une vue en élévation avec coupe partielle montrant à grande échelle un détail de la fig. 2. Fig. k est une vue en élévation avec coupe partielle 30 suivant k-k (fig. 2). Fig. 5 est une coupe en plan suivant 5-5 M» Figo 6 est line coupe en plan suivant 6-6 (fig. 4). Fig. 7 est une coupe en plan suivant 7-7 (fig« 2). Fig. 8 est une vue en élévation avec coupe partielle 35 illustrant une variante du système distributeur dessiné sur les fig. 3 et 3. Fig. 9 est une coupe en plan suivant 9-9 (fig« 8). On a représenté sur les dessins, et notamment sur la fig. 1, plusieurs chambres référencées 1 à 5 disposées en ligne pour se 40 terminer par une protubérance profilée 6 qui est dirigée vers 69 03197 2 2001430 l'amont. Le système distributeur ou à clapets, tel qu'il sera décrit plus loin, comprend un ensemble de tubes ou de passades disposés à ltintérieur des chambres, de façon que chaque tube débouche à l'intérieur de la chambre correspondante, tous les 5 tubes conduisant à un ensemble sélecteur 7 placé à l'extérieur d'un conduit 8, si bien que la pression peut être appliquée par l'intérieur aux chambres sélectionnées individuellement, à volonté à partir d*une source de pression extérieure. Suivant une variante, la commande des chambres peut être 10 effectuée à partir d'un seul tube (non représenté), prévu pour tourner sur lui-même face à des lumières dont chacune correspond à une position angulaire différente autour de l'axe principal du système des chambres, chaque lumière correspondant à une chambre donnée. Quel que soit le système de commande utilisé, tous 15 moyens appropriés peuvent être employés pour dilater les chambres, c'est—à—dire par exemple de l*air comprimé ou de l'huile fournie par un accumulateur hydraulique. En service, le fonctionnement de la pompe commence lorsqu'on dilate en premier lieu la chambre 5> à partir de l'unité de 20 commande 7 > comme indiqué sur la vue a. La chambre 1 qui se trouve le plus en amont est alors dilatée, puis on dilate la chambre 2 et, simultanément, on contracte la chambre 5 (phase b). On dilate ensuite la chambre 3 tandis que simultanément on contracte les chambres 1 et 5i si bien que le fluide disposé entre les cham— 25 bres 1 et 3 tend à se déplacer vers l'aval, comme cela apparaît dans la phase cî. On répète ce processus dans l'ordre au niveau des chambres 1 à 5» dans le sens orienté vers l'aval, et l'écoulement continu d'au moins une partie du fluide 9 est assuré par un chevauchement suffisant des organes distributeurs de manière 30 que l'une des chambres soit en cours de dilatation pendant que la chambre immédiatement voisiné vers l'aval est en train de se contracter. On répète ensuite l'opération indéfiniment. Le cheminement d'une particule de matière solide quelconque présente à l'intérieur du fluide s'effectue comme illustré sur la fig. 1 35 où les phases a à f correspondent aux angles suivants du distributeur : — a - 0° - £ 0 CM !> I — o •3- -ît i— 1 40 - d - 216° 69 03197 3 2001430 - e - 288° - f - 0° Dans la variante du groupe de contrôle représentée sur les fig. 2 à 7 » on utilise un groupe moto—réducteur logé dans un car— 5 ter 10 pour entraîner en rotation l'arbre 11 et, par son intermédiaire, un bloc distributeur 14 qui tourne par rapport à une plaque 12 portant les lumières d'admission, ainsi que par rapport à une plaque 13 portant les lumières de refoulement» Ces deux plaques 12 et 13 sont fixées sur un carter 15 et sur un 10 support 16 par l'intermédiaire de goujons 17 et 18. L'arbre 11 est rendu solidaire du bloc distributeur 14 à l'aide d'une clavette 19» Par conséquent, les lumières d'admission 20 et de refoulement 21 du distributeur 14 sont amenées successivement et à 15 l'instant voulu, en coïncidence avec des ouvertures telles que 22 dans la plaque d'admission 12, ce qui commande l'écoulement d'un flot continu de fluide admis par la lumière 23 et dirigé vers le bas par une canalisation 24, pour remonter ensuite par une canalisation 25 avant d'8tre refoulé par une lumière d'éva— 20 cuation 26. Ainsi, on peut dilater l'une des chambres qui a été - sélectionnée, par exemple la chambre 1, à travers une lumière telle que 20, en pilotant l'admission de fluide de commande dans cette lumière 20, à l'aide d'une paire de tubulures appropriées telles que 24 et 25o Bien entendu, on peut amener le 25 bloc distributeur 14 en face d'autres ouvertures de la plaque des lumières d'admission 12, ainsi que devant d'autres ouvertures de la plaque des lumières de refoulement 13* afin d'envoyer le fluide de commande dans d'autres chambres, en respectant la succession des séquences imposée par la rotation du mo-30 teur. On a représenté sur les fig. 8 et 9 une variante de réalisation possible qui convient particulièrement bien pour des pompes assurant un service très dur. Dans ce cas, on maintient sous pression dans une canalisation 27» l'alimentation en fluide de 35 commande. Chaque chambre (dans ce cas, la chambre 1) est pourvue d'une lumière telle que 28 qui communique avec deux clapets à piston 29 et 30 commandés respectivement par des ressorts 31 et 32. On peut admettre une quantité supplémentaire de fluide de commande par une canalisation 33» Dans la position représentée 40 pour les clapets à piston, la canalisation 27 est séparée de la 69 03197 4 2001430 chambre 1, étant donné que la lumière 3^ est obturée pendant que la lumière 28 de la paroi 35 communique avec le refoulement 36. Si l'on envoie maintenant le fluide sous pression par la canalisation 33» les clapets 29 et 30 lie réunit une tige 37» 5 s'abaissent à l'encontre de l'action du ressort 32, ce qui provoque la fermeture du refoulement 36 et l'ouverture de l'admission 34, si bien que cette lumière 34 est mise en communication avec la lumière 28, c'est-à-dire en fin de compte avec l'intérieur de la chambre 1 qui commence à se gonfler. Lorsqu'on re— 10 lâche la pression du fluide au niveau de la canalisation 33» 1* ressort 32 (qui l'emporte sur le ressort 31» ce dernier étant prévu simplement afin d'assurer la stabilité voulue) repousse les clapets 29 et 30 vers le haut jusqu*à ce qu'ils ouvrent à nouveau la communication entre la lumière 28 et le refoulement 15 36» tandis que simultanément ils referment la lumière 34 ; la chambre 1 commence alors à se dégonfler» Ainsi, dans cette dernière variante de l'invention, il suffit de disposer d'un système cyclique extérieur relié à plusieurs canalisations du genre 33 pour faire fonctionner pério— 20 diquement des clapets tels que 29 et 30 suivant une séquence donnée, analogue à celle qui a déjà été décrite en se référant à la fig. 1. On comprend qu'un appareil construit selon l'invention offre un déplacement positif, soit auto—amorceur, et définisse une 25 pompe sans clapets possédant une hauteur de refoulement pratiquement illimitée puisque chacune des phases individuelles de pompage s'effectue avec augmentation de la colonne dans laquelle on refoule. Les volumes successivement refoulés peuvent être rendus suffisamment petits, ceci dépendant seulement du débit désiré et 30 des dimensions des chambres, ainsi que de leur distance à l'intérieur du conduit qui les entoure. A ce sujet, on remarquera qu'il n'est pas nécessaire que le système des chambres et/ou du conduit soit disposé en ligne droite ; il suffit que l'espace intermédiaire entre les parois internes du conduit et la paroi externe 35 des chambres soit suffisamment important pour ne pas gêner l'écoulement . XI est souhaitable que les parois ou surfaces externes des chambres soient suffisamment lisses, y compris si l'on tient compte de la présence des joints d'étanchéité intermédiaires re— 40 lativement rigides. Pour cela, il est avantageux d'utiliser un 69 03197 5 2001430 revêtement de néoprène ou de toute autre substance appropriée qui possède à la fois des propriétés auto-lubrifiantes et une inertie chimique satisfaisante par rapport aux matières à pomper,, Une pompe selon l'invention offre en particulier les avan-5 tages suivants : 1— La hauteur de refoulement est proportionnelle à la pression utilisée pour le fluide de commande, déduction faite d'une faible quantité correspondant à la pression nécessaire pour gonfler complètement les chambres. Ces chambres peuvent 10 être fabriquées à partir d'un matériau résistant mais souple tel que du caoutchouc ou analogue. L'énergie nécessaire pour envoyer le fluide sous pression est récupérée à la façon d'une aspira— . tion lorsqu'on ouvre les chambres sur le refoulement. Pour augmenter cette élévation par aspiration, on peut précontraindre 15 les parois des chambres» ou bien prévoir un système donnant lieu à des contraintes de déformation plus importantes. 2— L'intervalle annulaire défini entre les parois au repos des chambres et le conduit environnant, est suffisant pour permettre le passage de particules solides0 Si, au cours du cycle 20 opératoire, un objet ou particule solide reste pris par les cham-- bres gonflées contre le conduit, les parois en caoutchouc ou analogue de ces chambres tendent à former l'étanchéité autour de cet objet, si bien que le cycle de pompage peut se poursuivre avec un débit nul ou insignifiant en sens inverse» 25 3- On peut pomper avec efficacité des boues et des fluides à haute viscosité, même si les parois des chambres ne sont pas complètement gonflées jusqu'au contact du conduit extérieur. Malgré cela, on observe un écoulement damasse qui s'effectue avec continuité de l'aspiration au refoulement. 30 4— La direction de pompage peut être inversée par simple changement du sens de rotation de l'arbre 11 commandant la succession des opérations de distribution (cas de la variante illustrée sur les fig. 2 à 7)0 5— On peut modifier le débit de la pompe simplement en 35 faisant varier la vitesse du distributeur. 6— La pompe peut être entièrement immergée dans des liquides. Pour cela, on peut modifier certains détails de construction de la pompe. Par exemple, les clapets ou organes distributeurs peuvent être montés sur une tubulure d'admission d'air 40 qui passe à l'intérieur de chaque membrane, chaque clapet ou ana— 69 03197 6 2001430 logue étant alors placé à proximité de sa membrane afin de réduire au minimum les pertes de pression. Ces clapets ou distributeurs peuvent être actionnés par des colonnes d'huile à partir d'un programmateur à arbre à cames placé au—dessus du niveau du 5 liquide dans lequel la pompe est immergée. Cette dernière disposition est particulièrement applicable à des pompes de grandes dimensions où les pertes d'air dans les passages de distribution à travers la zone axiaxle de la pompe pourraient être sans cela excessives. 10 Les pompes construites selon l'invention peuvent être uti lisées notamment dans les applications suivantes : a— Assèchement ou évacuation d'eau dans des excavations, fondations ou marais où l'eau contient un fort pourcentage de particules solides. 15 b- Pompage des boues dans les égouts ou évacuation de sédiments dans des réservoirs, drainage de canalisations ou de canaux d'irriguation. c- Emploi d'une pompe réversible pour contrôler ou commander des processus industriels, spécialement lorsque sont 20 mis en cause des liquides à haute viscosité ou des boues ayant un pourcentage élevé de particules solides (jusqu'à 60 $ en volumes) ou renfermant des particules à haute densité, ou bien encore pour l'écoulement de liquides corrosifs. d— Transport de corps solides par pipe—line. Dans ce 25 cas, il suffit d'ajouter une proportion suffisante d'un liquide tel que l'eau pour assurer le transport, les particules solides en suspension n'étant alors jamais soumises à l'action indésirable de clapets mécaniques ou (je joints rotatifs, e«* Opérations de draguage dans lesquelles la pompe 30 doit être montée à l'intérieur d'une échelle de draguage, avec aspiration de la pompe placée derrière le couteau ou la fraise de la drague. Au fur et à mesure que la profondeur de draguage augmente, le débit des particules solides refoulées par la pompe tend à s'élever si bien que l'effet de la colonne hydrostatique 35 placée à l'extérieur de l'aspiration, joint à l'action de la colonne aspirée par la pompe tend à refouler ces solides à l'intérieur de ladite pompe» Ceci est l'inverse de ce qu'on observe habituellement dans les pompes centrifuges où la capacité d'aspiration diminue progressivement au fur et à mesure que la pro— kO fondeur augmente. 69 03197 7 2001430 f- L'exploitation de gisements minéraux sous-marins où la pompe peut être montée dans un appareil sous-marin de type quelconque. Dans ce cas, par exemple si la pompe travaille sous environ 16 à 17 mètres d'eau de mer, elle est capable de ren-5 voyer son air de refoulement vers l'admission d'un compresseur qui envoie cet air à l'ensemble de l'unité sous—marine. Par conséquent, on récupère pratiquement la totalité de la dépense d'énergie résultant de la présence de la colonne statique du fait de l'immersion de la pompe, sous la forme d'une augmentait) tion de la pression d*air à l'aspiration d'un compresseur® Cette "suralimentation" constitue une économie et permet de réduire le diaensionnement des organes d'admission du compresseur ainsi que la puissance nécessaire à son entraînement. 69 03197 8 2001430 REVENDICATIONS 1 — Pompe comprenant en combinaison, au moins deux chambres gonflables à pression entourées à un faible écartement par un 5 conduit relativement rigide» afin de faire passer le fluide à pomper dans l'espace intermédiaire défini entre ces chambres et les parois internes de ce conduit tandis qu'on dispose un distributeur pour provoquer de façon sélective et suivant une séquence de programmes donnée, le gonflement des chambres afin de 10 faire circuler le fluide dans la direction désirée. 2 — Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'on dispose à l'intérieur des chambres, un système de passages dont chacun débouche sur des moyens distributeurs ou à clapets afin de coopérer avec la chambre correspondante, tous ces passa— 15 ges étant reliés à des organes de commande placés à l'extérieur du conduit, si bien que la pression peut être envoyée à l'intérieur de chacune des chambres sélectionnées, à partir d'un f,luide distribué par ces moyens de commande. 3 - Pompe suivant la revendication 2, caractérisée en ce 20 que ce fluide de commande réparti par le distributeur est constitué par de l'air comprimé ou par de l'huile fournie par un accumulateur hydraulique. 4 - Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les chambres sont alignées, leur ensemble se terminant par une 25 protubérance profilée dirigée vers l'amont. 5 — Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que celle des chambres qui est située le plus en aval se gonfle la première sous l'action du fluide provenant du distributeur, après quoi on gonfle la chambre la plus en amont, puis la cliam- 30 bre adjacente vers l'aval, avec contraction simultanée de la chambre la plus en aval, la chambre adjacente suivante dans le sens de l'aval étant alors gonflée avec contraction simultanée de la première chambre placée en amont, si bien que le fluide situé entre la première et la troisième chambres tend à se 35 déplacer vers l'aval. 6 — Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les actions des chambres se chevauchent, si bien qu'une chambre se dilate pendant que la chambre adjacente plus en aval est en train de se contracter. 40 7 — Pompe suivant la revendication 1, 69 03197 9 2001430 caractériséejênfce que les parois internes du conduit et/ou les faces externes des chambres, et/ou les faces des joints situés entre les chambres, sont gainées d'un revêtement offrant une surface lisse, 8— Pompe suivant la revendication 7» caractérisée en ce que ce revêtement est constitué par du néoprène.