Brevet FR2335708A1 — publié le 19770715

La présente invention se rapporte à une pompe à sable à piston équipée d'un mécanisme connu d'entrainement de la tige de piston. Le transport sous pression moyenne ou élevée des suspensions à forme teneur en matières solides possédant des propriétés érosives représente un problème difficile dans le monde entier, notamment dans l'industrie minière et chimique. Les éléments de la pompe qui frottent l'un contre l'autre en service et qui sont en contact avec la suspension s'usent tres vite. Dans le cas des pompes à sable à piston déjà connues, la suspension entre directement en contact avec le piston, la surface interne du cylindre, la tige de piston et la matière de bourrage de sa presse-étoupe. Tous ces éléments. doivent Qtre changés après une durée de service plus ou moins longue, ce qui est coûteux et augmente la dépense en main-d'oeuvre; par ailleers, dans les applications qui exigent un travail continu, il est nécessaire de prévoir des pompes de réserve. Cet inconvénient est éliminé dans le cas des pompes à membrane bien connues qui sont utilisées pour le transport des suspensions sous haute pression mais qui sont extremement coûteuses et dans lesquelles la membrane possède une durée de service très réduite. Depuis peu, on utilise des pompes à sable munies de réservoirs à pression et qui travaillent de la façon suivante : une pompe à basse pression refoule la suspension dans la partie inférieure du premier de trois réservoirs à pression couplés en parallèle. Lorsque le niveau de la suspension atteint une valeur donnée, le refoulement de la suspension à basse pression est-commuté sur le réservoir suivant en même temps qu'une pompe à liquide auxiliaire à haute pression refoule un liquide auxiliaire dans la partie supérieure du premier réservoir, ce liquide auxiliaire refoulant alors la suspension contenue dans la partie inférieure de ce réservoir sous haute pression Lorsque le deuxième réservoir à pression est egalement rempli de suspension à basse pression, le liquide auxiliaire à haute pression est envoyé à ce réservoir et le refoulement de la suspension à basse pression se commute sur le troisième réservoir à pression. Ce processus se répète cycliquement, de sorte que, de cette façon, la suspension peut être continuellement refoulée sous une haute pression. On contact déjà plusieurs formes de pompes pour la mise en oeuvre pratique de ce principe. La suspension contenue dans un réservoir à pression peut etre séparée du liquide auxiliaire par un disque servant de piston mais on connait également une forme de réalisation dans laquelle les deux liquides sont directement en contact entre eux. Dans cette deuxième forme de réalisation, le liquide auxiliaire est en général de l'huile. Ce principe ne peut être adopté que dans les applications où on peut laisser sans inconvénient une fraction de la quantité d'huile se mélanger à la suspension. Les pompes à sable équipées de réservoirs à pression sont munies d'un dispositif de commande automatique compliqué qui ouvre et ferme alternativement les vannes. Le but de l'invention est de perfectionner une pompe à sable à piston de façon telle que la suspension n'entre pas en contact avec les éléments capables de frotter l'un sur l'autre; de manière que seul le liquide auxiliaire qui ne contient pas de solides en suspension entre en contact direct avec ces organes; le liquide auxiliaire doit etre choisi de manière que, d'une part, il ne présente aucun effet d'érosion et que, d'autre part, lorsqu'un petit pourcentage du liquide auxiliaire se mélange à la suspension, ce liquide exerce sur elle un effet utile ou neutre. Si la suspension contient des cendres volantes ou est une boue, on peut utiliser de l'eau comme liquide auxiliaire et, dans le cas où il s'agit d'une suspension d'argile, dans l'industrie de la terre cuite, on peut utiliser une liqueur de dissolution. Suivant l'invention, ce problème est résolu par une pompe à sable à piston équipée d'un mécanisme connu d'entratnement de la tige de piston et qui est caractérisée en ce qu'elle présente un cylindre de suspension et un cylindre de liquide auxiliaire en communication directe entre eux et centrés sur un même axe, le diamètre du cylindre de liquide auxiliaire étant supérieur au diamètre du cylindre de suspension et un piston de suspension coulissant avec jeu dans le cylindre de suspension, de sorte qu'il se forme une fente annulaire à sa périphérie, tandis qu'un piston de liquide auxiliaire coulisse à joint étanche dans le cylindre de liquide auxiliaire, le cylindre de suspension et le cylindre ae liquide auxiliaire étant montés sur une tige de piston commune, à un écartement mutuel qui est au moins égal à la course des pistons, et en ce que le cylindre de liquide auxiliaire présente, dans son espace mort dirigé vers le cylindre de suspension, un clapet d'aspiration du liquide auxiliaire raccordé à la conduite de liquide auxiliaire, tandis que le cylindre de suspension présente, dans un espace mort qui est à l'opposé du cylindre de liquide auxiliaire, un clapet d'aspiration de la suspension raccordé à la conduite d'aspiration de la suspension, et un clapet de refoulement de la suspension raccordé à la conduite de refoulement de la suspension. Dans une forme avantageuse de réalisation, la pompe comporte deux pistons de suspension montés sur la tige de piston commune de part et d'autre du piston de liquide auxiliaire et des cylindres de liquide auxiliaire et de suspension agencés de la façon décrite plus haut. La pompe à suspension suivant l'invention peut être réalisée sous la forme d'une pompe double, triple ou iiiltiple. Toutes ces formes de réalisation peuvent être complétées par une cloche de protection fixée sur le fond du cylindre et qui entoure avec jeu la tige de piston sur le coté du presseétoupe qui est dirigé vers la suspension.Le volume enfermé sous la cloche de protection est relié par un canal ou une conduite à la chambre de pression du cylindre de liquide auxiliaire et dans ce canal ou dans cette conduite est intercalé un clapet de refoulement qui s'ouvre en direction du cylindre de suspension et grâce auquel, sous l'effet de la pression de liquide auxiliaire, ce liquide peut s'infiltrer sous la cloche de protection, d'où une partie du liquide auxiliaire peut s'infiltrer dans la chambre de suspension à travers la fente ménagée entre la cloche de protection et la tige de piston. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe axiale schématique d'une pompe à sable simple à un seul cylindre; - la figure 2 est une coupe analogue d'une pompe à sable double à un seul cylindre; - la figure 3 est une coupe analogue d'une pompe à sable à deux cylindres. Sur la figure 1, on a représenté une pompe à sable comprenant un cylindre 1 de liquide auxiliaire auquel est raccordé un cylindre 2 à suspension qui présente un plus petit diamètre intérieur. Sur une tige de piston commune 3 sont montés un piston 4 de liquide auxiliaire et un piston 5 de suspension placés à un écartement mutuel supérieur à la course des pistons. La section utile du piston de suspension 5 est inférieure à celle du piston 4 de liquide auxiliaire. Entre le piston de suspension 5 et la surface interne du cylindre de suspension 2 est ménagée une fente 18. Le cylindre de liquide auxiliaire 1 est raccordé à un clapet 6 d'aspira tion du liquide et le cylindre de suspension 2 est raccordé à un clapet 7 d'aspiration de la suspesnion et à un clapet 8 de refoulement de la suspension. La tige de piston 3 traverse le fond 9 du cylindre de suspension 2. Un présse-étoupe 10 ferme le joint entre cette tige 3 et le'fond 9 du cylindre 2. Une cloche de protection 11, dans laquelle est ménagée une ouverture 12 pour le passage de la tige de piston 3, est appliquée à joint étanche contre la surface interne du fond 9 du cylindre 2. Cette ouverture 12 est de diamètre supérieur la section de la tige 3, de sorte qu'il se forme entre la tige 3 et la cloche 11 une fente 17. Le fond 9 du cylindre 2 est percé d'une ouverture 13 qui communique, par une conduite 14, avec un orifice 15 de la paroi du cylindre 1 de liquide auxiliaire. Un clapet de refoulement 16 est intercalé dans la conduite 14. La pompe à sable simple à un seul cylindre qui est décrite ci-dessus travaille de la façon suivante : on remplit de liquide auxiliaire le volume cylindrique compris entre le piston 4 de liquide auxiliaire et le piston de suspension 5. Lors de la course d'aspiration, la suspension pénètre à travers le clapet 7 d'aspiration de la suspension dans la chambre du cylindre de suspension 2 dans laquelle est prévu le clapet d'aspiration 7. Bn même temps, le liquide auxiliaire pénètre par le clapet d'aspiration de liquide 6 dans la chambre formée entre le piston de liquide 4 et le piston de suspension 5.La quantité du liquide auxiliaire qui est introduite à chaque course d'aspiration est peu près égale au produit de la course par la différence entre la section utile du piston de liquide 4 et celle du piston de suspension 5, pourvu que la pression du liquide auxiliaire qui pénètre par le clapet d'aspiration 6 soit supérieure à la pression de la suspension qui est aspirée a travers le clapet 7 d'aspiration de la suspension.Lors de la course de compression, la suspension est refoulée å travers le clapet 8 de refoulement de la suspension, le liquide auxiliaire aspiré lors de la course d'aspiration pénétrant, d'une part,dans la chambre du cylindre de suspension 2 qui est dirigée vers le clapet d'aspiration 7 par la fente 18 ménagée sur la périphérie du piston de suspension 5 et, d'autre part, dans le volume enferme sous la cloche de protection par l'orifice 15, la conduite 14, l'orifice 13 et le clapet de refoulement 16 et, de ce volume, le liquide auxiliaire pénètre, par la fente 17, dans le volume du cylindre de suspension 2 qui est dirigé vers le clapet 7 d'aspiration de la suspension.Au cours de la course de refoulement, le liquide auxiliaire qui traverse la fente 18 empêche la suspension de s'infiltrer entre le piston de suspension 5 et la surface interne du cylindre de suspension 2 et le liquide auxiliaire qui traverse la fente 17 empoche la suspension de s'infiltrer sous la cloche de protection 11 et d'atteindre le presse-étoupe 10. Dans ces conditions, le cylindre de suspension 2, le piston de suspension 5, la tige de piston 3 et le presseétoupe 10 sont protégés de l'action érosive de la suspension. La pompe à suspension double 12 représentée sur la figure 2 est, dans sa moitié de gauche, identique à la pompe à suspension représentée sur la figure 1 et la moitié de droite de cette pompe est symétrique de la moitié de gauche. Sur la tige 3a sont montés trois pistons : le piston de suspension 5, le piston de liquide auxiliaire 4 et un piston de suspension Sa. Parmi les pistons, seul le piston de liquide auxiliaire 4 est à double effet et, à chaque course, il aspire le liquide auxiliaire sur l'une de ses faces et le refoule sur l'autre face. Le piston de suspension 5 aspire la suspension lors de la course vers le milieu de la longueur de la pompe et il refoule cette suspension lors de sa course en sens inverse. Le piston de suspension 5a travaille de la meme façon mais en sens inverse. Une telle pompe à double effet refoule la suspension de façon plus régulière qu'une pompe simple. La figure 3 représente une pompe à suspension double à deux cylindres. On entend ici par cylindres une rangée complete de cylindres la, 2, 2a. Les bras de manivelle qui attaquent les deux tiges de piston 3a sont décalés de 900 l'un par rapport à l'autre, c'est-8-dire que, lorsque l'une des rangées de pistons se trouve dans une position extrême, l'autre rangée de pistons se trouve en position médiane. Pour simplifier le dessin, on a omis de représenter sur la figure 3 les conduites 14 et les-éléments correspondants. La pompe à sable représentée sur les figures 2 et 3 travaille de la façon suivante. le piston de liquide auxiliaire 4 est encadré sur ses deux faces par un liquide auxiliaire exempt de solides en suspension. tors de la course d'aspiration, la suspension pénètre à travers le clapet 7 ou 7a dans le volume compris entre le piston de suspension 5 ou Sa et le fond 9 ou 9a du cylindre.En fonctionnement, le liquide auxiliaire s'infiltre à travers les fentes 18 ou 18a et 17 ou 17a pendant la course de refoulement du piston de suspension 5 ou Sa et empêche ainsi la suspension de s'infiltrer entre le piston de suspension 5 ou Sa et le cylindre de suspension 2 ou 2a ainsi qu'entre la tige de piston 3a et le presse-étoupe 10 ou loua. Les fentes 17 ou 17a et 18 ou 18A et le clapet de refoulement 16 sont dimensionnees de manière que la quantité de liquide auxiliaire qui se mélange à la suspension soit minime et que, en même temps, la suspension ne puisse absolument pas-s'infiltrer entre les surfaces de glissement des pistons et des cylindres. La pompe à sable suivant l'invention peut avantageusement etre utilisée dans l'industrie minière, l'industrie chimique, l'industrie du pétrole et partout où l'on a à transporter une suspension à grande vitesse et sous une pression élevée. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées aux pompes qui viennent d'strie décrites uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans pour cela sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pompe à sable à piston équipée d'un mécanisme connu d'entratnement de la tige de piston, caracterisée en ce'qu'elle comprend un cylindre de suspension et un cylindre de liquide auxiliaire en communication directe entre eux et centrés sur un meme axe, le diamètre du cylindre de liquide auxiliaire étant supérieur au diamètre du cylindre de suspension et un piston de suspension coulissant avec jeu dans le cylindre de suspension, de sorte qu'il se forme une fente annulaire à sa périphérie, tandis qu'un piston de liquide auxiliaire coulisse à joint étanche dans le cylindre de liquide auxiliaire, le piston de suspension et le piston de liquide auxiliaire étant montés sur une tige de piston commune, à un écartement mutuel au moins égal à la course des pistons et le cylindre de liquide auxiliaire présentant, dans son espace mort dirigé vers le cylindre de suspension, un clapet d'aspiration de liquide auxiliaire relié à-une conduite de liquide auxiliaire tandis que le cylindre de suspension présente dans son espace mort qui est à l'opposé du cylindre de liquide auxiliaire un clapet d'aspiration de suspension raccordé à la conduite d'aspiration de la suspension et un clapet de refoulement de la suspension raccordé à la conduite de refoulement de la suspension. 2. Pompe à sable suivant la revendication I, caractérisée en ce qu'elle comprend deux pistons de suspension montés sur une meme tige de piston, de part et d'autre du piston de liquide auxiliaire, et en ce que des cylindres correspondants sont combinés au piston de liquide auxiliaire ainsi qu'aux deux pistons de suspension. 3. Pompe à sable à piston suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte deux ou trois ensembles de cylindres. 4. Pompe à sable à piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une cloche de protection prévue sur le côté du presse-étoupe de la tige de piston qui est dirigé vers la suspension et qui entoure cette tige avec jeu, en ce qu'un canal ou une conduite fait communiquer le volume enfermé sous la cloche avec le cylindre de liquide auxiliaire et en ce qu'un clapet de refoulement qui s'ouvre en direction du cylindre de suspension est monté dans ce canal ou cette conduite.