Brevet FR2260700A1 — publié le 19750905

L' invention concerne une pompe immergée, notamment pour le pompage d'extraction de liquides de minerais à partir de trous de forage, comprenant une pompe entraînée par un moteur électrique enfermé dans une enveloppe, une garniture étant prévue sur l'arbre du moteur électrique pour isoler de manière étanche cette enveloppe du moteur par rapport à l'espace de la pompe, l'enveloppe du moteur étant remplie avec un liquide opérationnel. Les procédés modernes d'exploitation chimique de certains minerais par filtration du sous-sol nécessitent le pompage de grandes quantités de solutions à partir de la zone contenant le minerai. Cette zone du sous-sol est accessible seulement par des forages effectués à des distances mutuelles de 15 à 30 mètres sur les champs miniers s'étendant jusqutà 20 hectares. Ce procédé convient particulièrement à des dépôts pauvres, si le minerai est situé au-dessous de couches riches sous de l'eau sous-jacente, ce qui rendrait autrement l'exploitation directe par mine souterraine difficile ou même impossible. Pour des raisons économiques, et également en vue de préserver le terrain dans son état présent, l'extraction par voie chimique est appliquée également dans autres cas où les circonstances sont favorables. I1 est nécessaire de maintenir le diamètre des trous de forage aussi faible que possible, et pour des forages profonds généralement inférieur à 100 mm. Etant donné que les minerais sont extraits par des acides dilués, habituel -lement de l'acide sulfurique, le liquide d'extraction pompé par les forages contient des acides libres, ayant une concen tration égale même à plus de 5 pour cent du poids du liquide d'extraction, de sorte que ce liquide est assez agressif. I1 est par conséquent nécessaire que les parties de l'agrégat de pompage qui viennent en contact avec le liquide dfextraction soient constituées en matériau résistant à la corrosion. Les parois des trous de forage sont également recouvertes avec des tubes en polyéthylène linéaire ou autre matériau de propriétés similaires, capable de résister à l'agression du liquide d'extraction utilisé. Le pompage du liquide dPextraction hors des forages est exécuté en pratique soit par air comprimé (procédé par ascension d'air) soit par des pompes immergées. La caractéristique de l'ascension d'air consiste en un soulte vement du niveau du liquide df extraction dans le forage au moyen d9air comprimé qui est introduit par un tubage a une profondeur suffisante au-dessous du niveau du liquide d'extraction dans la zone contenant le minerai. L'air comprimé provoque un moussage et une ascension du liquide d'extraction au-dessus de l'embouchure du tubage, réalisant un mélange du liquide avec de l'air, qui se comporte comme un liquide de poids spécifique inférieur. Ainsi la pression hydrostatique du mélange est réduite.En raison de l'équilibre de la pression hydrostatique du liquide non en mousse dans le forage et dans la roche plus ou moins poreuse, le niveau du liquide en mousse s'élève a' une hauteur telle qu'il s'écoule à partir du trou de forage vers la surface. Le pompage par le procédé par ascension d'air présente cependant des problèmes et des inconvénients. Les conditions pour des forages différents sont habituellement différentes et la réduction du poids spécifique du liquide en mousse est limitée particulièrement par la puissance et la pression engendrée par des compresseurs. I1 existe plusieurs améliorations et ajustements de ce procédé à l'air, accroissant son efficacité, par exemple pour faciliter le démarrage du pompage, le contrôle de la décharge du liquide d'exploitation hors du forage. Le principal défaut de ce procédé à l'air réside cependant en ce que le rendement du pompage qui peut être réalisé est tellement bas que son application ne peut être justifiée que par l'urgence du pompage. Le besoin en air comprimé pour le pompage à partir d'une profondeur d'environ 100 mètres montre un rendement de quelques pour mille de la valeur du fuel exigé pour la production de la puissance électrique utilise. Le pompage par des pompes immergées présente un meilleur rendement. La durée de vie des pompes connues est, indépendamment du modèle de construction, cependant tellement faible qu'elle s:exprime en heures exceptionnellenent en dizaines d'heures. I1 est donc nécessaire d'assureur un entretien assez important et une production étendue de pièces de rechange. plais en dépit de cela, l'application de ces pompes est plus avantageuse que celle du procédé à l'air comprimé L'invention a pour but de réaliser. la pompe conforme à l'invention est entrainée par un moteur électrique, sur l'arbre duquel est prévue une garniture separant ltespace du moteur électrique, qui est rempli avec un liquide de fonctionnement > par exemple de l'huile, par rapport à la chambre de'pompage. Sur le coté du moteur opposé au côté où la pompe est prévue, est disposé un réservoir sous pression rempli avec le liquide de fonctionnement. Ce réservoir sous pression peut être constitué comme une extension de l'enveloppe du moteur électrique et peut être pourvu d'un piston chargé par ressort. Le principal avantage de la pompe immergée conforme à l'invention réside en ce qu'on obtient un rendement énergétique plus élevée qui est égal à au moins cinq fois le rendement obtenu par l'extraction par le procédé à l'air. Un autre avantage réside dans l'augmentation de durée de vie et la réduction des -exigences en entretien et service. La description ci-après se rapporte à un exemple de réalisation avec référence aux dessins dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique en élévation d'une pompe immergée avec des parties en coupe; - La figure 2 est une vue de détail de la partie inférieure de l'agrégat de pompage avec le réservoir sous pression, en élévation et coupe; - La figure 3 est une vue de détail en élévation et coupe de la partie supérieure de l'agrégat de pompage. En référence à la figure 1; le diamètre maximal de l'enveloppe de l'agrégat de pompage ne doit pas être supérieur à 100 mn et sa longueur'est égale approximati vement à vingt fois son diamètre. Un certain nombre d'orifices d'aspiration 6 sont prévus dans l enveloppes entre le moteur électrique 1 et la pompe 4. Le col de décharge 5 est monté sur la partie frontale de la pompe qui se trouve au sGnmet de l'agrégat en position de fonctwonnement. La puissance électrique est fournie au moteur par un cable 7 qui est situé à l'endroit du stator de la pompe 4 et dont le diamètre est inférieur au diamètre de l'enveloppe du moteur électrique 1, extérieurement à lienveloppe du corps de pompe. Le moteur électrique 1 et la pompe 4 peuvent être de modèle de construction connu, adapté aux conditions d'emploi. La chambre du moteur électrique est séparée hermétiquement de la chambre de pompage par une garniture 3. Le réservoir sous pression 2 au-dessous du moteur électrique 1, contient de l'huile ou un liquide de propriétés similaires. Une surpression permanente de ce liquide est maintenue, par rapport à la pression hydrostatique régnait sur autre coté de la garniture3, dans tout l'espace, depuis le moteur électrique 1 jusqu'a la garniture 3. 11 en resulte qu'aucun liquide ne peut passer à travers la garniture 3, mais seulement de l'huile sous pression qui lubrifie l'espace contenant le moteur électrique et protège celui-ci contre la pénétration du liquide agressif environnant. Le volume d'huile dans le réservoir sous pression 2 est calculé pour avoir, avec la garniture 3, la durée de vie nécessaire. I1 est bien entendu que des matériaux résistant à Isagressivité du liquide d'extraction pompé sont utilisés dans tous les endroits exposés. Ltensemble de pompe est descendu, en môme temps que le tubage de décharge et les cables d'alimentation de puissance, au moyen d'un câble descendant dans le forage. La différence entre le diamètre maximal de l'agrégat de pompe et le diamètre nominal de l'alésage du trou de forage est prévue suffisante pour assurer le libre passage de l'agrégat de pompe, même si quelques déformations du trou de forage ont pu se produire. La profondeur à partir de laquelle les liquides d'exploitation agressifs sont pompés hors de forage peut atteindre 100 mètres et davantage. Dans le cas où l'on pompe des liquides non agressifs tels que l'eau ou 1 huile, on peut envisager des profondeurs de pompage plus grandes, jusqu'à 250 mètres. La figure 2 montre des détails de constIuction d un agrégat de pompe conforme à l'invention destiné au pompage de liquides d extraction agressifs dans des forages de faible diamètre. Le rotor 9 du moteur électrinue-est monté à la presse sur l'arbre 8, supporté dans des paliers antifriction 10. Les forces axiales du rotor 9 sont reçues par un palier anti-friction axial. Le stator 13 du noteur électrique 1 est fixé à l'intérieur de l'enveloppe ou carter 14 qui, par son prolongement, forme un réservoir sous pression 2 de volume cylindrique 15p dans lequel est engagé à coulissement un piston 16. La pression désirée de l'huile isolante dans la chanbre cylindrique 15 est maintenue par un ressort de ccmpression 17 qui s'appuie, par une extrémité, contre le piston 16, et, par l'autre extrémité contre le couvercle de fond 18. L'enveloppe 14 du moteur électrique 1 est, sur l'autre côté du moteur, fermée par un couvercle qui forme une chambre dans laquelle est prévue une garniture mécanique 3 assurant l'étanchéité entre learbre 8 et la chambre de pompe, et s'opposant à la pénétration du liquide d'extraction pompé dans la chambre du moteur électrique 1, laquelle est complètement remplie d'huile provenant du réservoir sous pression 2, cette huile pénétrant à travers la fente entre le rotor 9 et le stator 13 jusqu'a' la garniture 3. L'effet de pompage qui est engendré par la rotation du rotor 9 du moteur électrique 1 est utilisé pour le refroidissenent des parties internes du moteur, grâce à des gorges axiales prévues entre le stator 13 et 17 enveloppe 14 du moteur électrique, et qui favorisent un courant de retour de l'huile. Le moteur électrique ainsi conçu présente le rendement maximal dans les conditions existantes pour son emploi. La garniture 3 est constituée pour permettre le passage d'huile qui lubrifie la garniture elle-meXme et s'oppose à la pénétration de saletés solides entre les surfaces de la garniture. Le couple est transmis à partir de l'arbre 8 par un joint universels non représenté, un arbre d'entraînement et un autre joint universel à l'axe rotatif 23 de la pompe. Cet axe 23 tourne tout en étant immergé dans le liquide pompé, à l'intérieur d un stator élastique de la pompe, qui est monté fixe dans 1 enveloppe 25 de la pompe. Cette enveloppe de pompe 25 est fixée par une de ses extrémités au couvercle du carter 14 du moteur électrique 1 et elle est pourvue d'orifices d'aspiration. Un couvercle 26 avec un col de décharge, auquel est connectée la tubulure de décharge 2, est fixé sur l'autre extrémité de ltenveloppe 25 de la pompe. Des noyens de suspension 28 pour le support de câbles 29 sont prévus sur le couvercle 26. En outre, des leviers de stabilisation 30 commandés par un câble 31 à partir de la surface sont prévus pour s'opposer à une rotation de. l ensemble de agrégat dans le trou de forage. La puissance électrique pour l'agrégat est alimentée par un câble à quatre conducteurs 7. Trois conducteurs passent le long de l'enveloppe de la pompeS dont le diamètre extérieur est inférieur à celui de l'enveloppe 14 du moteur électrique, et vont aux bornes du moteur électrique 1 tandis que le conducteur de terre est connecté au couvercle 26 de la pompe. La pompe ainsi constituée peut être utilisée dans les forages d'exploitation de minerais de faible diamètre, à partir de 82 millimètres vers le haut, mais elle n'est pas limitée à cette application. Il est par exemple possible de créer une pression d'huile plus grande ou plus faible dans le réservoir de pression et dans le moteur électrique pour différentes profondeurs~auçdessous du niveau de la surface, par ajustement du ressort, du soufflet, en séparant l'huile au moyen d'un diaphragme élastique exposé à la pression d'un piston ou par tout autre moyen. Par un arrangement de leviers 30 ou par quelque autre moyen, il est possible d'empêcher une rotation de l'ensemble d'agrégat de pompage également dans des forages de plus grands diamètres, dans des puits ou dans des'réservoirs. I1 est également possible d'utiliser des pompes ou autres conceptions dépendant de propriétés du liquide pompé et d'autres conditions d'opération en accroissant ainsi le débit de la pompe. Une durée de vie plus longue peut être obtenue en prévoyant un magasin huile plus grand dans le réservoir de pression et dans I"espace du moteur électrique 1 jusqu'à la garniture 3. Dans le cas où une réalisation avec des composants normalisés est utilisée, le moteur électrique 1 forme l'unité fondamentale à laquelle peuvent entre adjoints des éléments interchangeables, à partir d'un côté d:un réservoir de pression et de l'autre côté à partir dflune pompe, de telle sorte qu'on peut obtenir un certain nombre diagrégats de tailles différentes, de débit et de durée de vie différents. Bien entendu, invention n'est pas limitée à lTexenple de réalisation ci-dessus décrit et représenté,à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres nodes de réalisation; sans pour cela sortir du cadre de l invention. R E V E N D I C A T I G N S 10) Pompe immerqée, notamment rur le pompage d'extraction de liquides de minerais à partir de trous de forage comprenant une pompe entraînée par un moteur électrique enfermé dans une enveloppe > une garniture étant prévue sur l'arbre du moteur électrique pour isoler de iaani2're étanche cette enveloppe du moteur par rapport à 1 espace de la pompe l'enveloppe du moteur étant remplie avec un liquide opérationnel, pompe caractérisée en ce que l'enveloppe du moteur se prolonge par un réservoir de pression contenant une réserve de liquide opérationnel, des moyens étant prévus pour maintenir, dans l'enveloppe du moteur une surpression par rapport à la pression ambiante dans le trou de forage. 20) Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le réservoir de pression est disposé sur le coté du moteur électrique opposé à la pompe. 30) Pompe suivant la revendication 1, caractérisée par un piston chargé par ressort prévu dans le réservoir de pression, engendrant la surpression requise du liquide opérationnel.