Brevet FR2463864A1 — publié le 19810227

La présente invention concerne une pompe à haute pres- sion capable de pomper des matières coulantes telles que des fluides pouvant renfermer une proportion élevée de matières solides. L'invention crée un procédé de pompage d'une matière coulante qui consiste à introduire une partie de la matière à travers une entrée dans un récipient compressible et à comprimer ce récipient de l'extérieur de façon à l'aplatir au moins partiellement et à provquer ainsi un refoulement de la matière à partir du récipient à travers une sortie. Le récipient peut être mis sous pression par des moyens appropriés quelconques mais on préfère l'utilisation d'un fluide sous pression qui peut être gazeux ou liquide, par exemple l'eau ou un fluide hydraulique. Selon un mode de réalisation de l'invention, la sortie du récipient est reliée à un conduit de sortie à travers lequel la matière est expulsée du récipient, le procédé com- portant alors le stade de mise en communication de l'inté- rieur du récipient avec le conduit de sortie mais seulement lorsque la pression à l'intérieur du récipient dépasse un niveau prédéterminé. Egalement selon l'invention, l'entrée du récipient est raccordée à un conduit d'entrée par lequel on admet la ma- tière dans le récipient, le procédé consistant ensuite à sceller hermétiquement l'intérieur du récipient à partir du conduit après l'introduction de la matière dans le récipient. L'un des avantages de l'invention est que, selon un mode de réalisation préféré de cette dernière, le récipient tout entier est sous pression et que, par voie de conséquen- ce, il n'existe qu'une différence minimale de pression entre la surface intérieure et la surface extérieure du récipient. On prolonge ainsi la vie utile du récipient. On peut mettre en oeuvre le procédé selon l'invention en deux ou plusieurs endroits, en parallèle, les conduits de sortie se confondant alors en une canalisation commune. Les conduits d'entrée peuvent être raccordés à des canali- sations d'alimentation séparées ou à une canalisation com- mune. L'invention a également pour objet une pompe qui com- prend une chambre sous pression; un récipient compressible a l'intérieur de la chambre, ce récipient comprenant une sortie et une entrée à travers laquelle une matière coulante est introduite dans le récipient; et des moyens pour mettre sous pression la chambre extérieurement au récipient de façon à aplatir le récipient au moins partiellement et pro- voquer ainsi un refoulement de la matière à partir du réci- pient à travers la sortie. La-pompe peut comprendre des moyens de fermeture her- métique de l'entrée lorsque la matière est refoulée hors du récipient et aussi des moyens de fermeture hermétique de la sortie pendant l'introduction de la matière dans le réci- pient. La matière peut être introduite par des moyens méca- niques, par exemple à l'aide d'une tarière à vis ou bien par l'abaissement de la pression dans la chambre de telle sorte que la matière est forcée à pénétrer dans le réci- pient sous l'effet de la différence de pression ainsi éta- blie entre l'intérieur de la chambre et l'atmosphère. Si le récipient compressible est élastique ou flexible, on peut tirer profit de sa mémoire élastique qui a pour effet d'en provoquer l'expansion quand la chambre n'est plus sous pression afin d'aspirer la matière à partir de la canalisa- tion d'entrée. Ce dernier mode de construction est particulièrement avantageux lorsque la matière est un liquide. D'autre part, une tarière à vis ou un dispositif mécanique différent est avantageusement utilisé quand la matière renferme une pro- portion élevée de composants solides. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la pompe comprend un organe flexible qui est installé à l'in- térieur de la chambre sous pression et à l'extérieur du récipient de sorte que lorsque la chambre est mise sous pression, une force capable d'aplatir au moins partiel- lement le récipient est exercée sur celui-ci par l'entre- mise de l'organe flexible. Ce mode de réalisation de l'invention peut être encore perfectionné si l'on réalise l'organe flexible à partir d'au moins une section tubulaire et si on réalise le réci- pient compressible à partir d'au moins un segment tubulaire installé à l'intérieur de la section tubulaire. La pompe selon l'invention refoule la matière de façon intermittente et il en résulte des sautes ou des poussées de la matière sur le côté de refoulement de la pompe. Ces sautes peuvent être compensées dans une certaine mesure si l'on fait fonctionner au moins deux des pompes en paral- lèle de sorte que les pompes aspirent à partir d'une cana- lisation d'entrée commune et refoulent dans une canalisa- tion de sortie commune, le fonctionnement des pompes devant tre synchronisé de manière que d'une façon générale, pen- dant que la matière est admise dans une pompe, la matière soit refoulée hors de l'autre pompe. Ainsi, les pompes fonc- tionnent en alternance ou en succession. Quand on fait fonctionner deux ou plusieurs pompes en parallèle, avec un refoulement dans une conduite de sortie commune, il n'est aucunement essentiel que les pompes soient raccordées à une canalisation d'entrée com- mune. Ainsi chaque pompe pourrait être raccordée à une ca- nalisation d'entrée séparée. Cet agencement est particu- lièrement efficace si deux ou plusieurs matières doivent être combinées ou mélangées car chaque pompe pourrait alors servir à pomper l'un des composants et on obtiendrait déjà un degré notable de brassage lorsque les composants s'écou- lent dans la-canalisation commune de sortie. Un autre avantage d'une telle combinaison est que, grâce à un réglage du degré d'aplatissement des récipients compressibles, on peut régler les proportions des compo- sants. Il est facile de régler le degré d'aplatissement à l'aide d'un système relativement simple de soupapes permet- tant de contrôler la quantité de fluide sous pression admi- se dans la chambre sous pression au cours de chaque cycle de pompage. On peut régler à volonté le système de soupapes manuellement ou automatiquement. On peut faire appel exactement à la même technique pour doser les débits d'écoulement à partir d'une pompe unique en fonction d'un pflStè9 de contrôle. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. Les Fig. 1 à 4 mettent en évidence le concept de fonc- tionnement d'une pompe selon un premier mode de réalisation de l'invention. La Fig. 5 représente deux pompes selon une seconde forme de réalisation de l'invention, ces pompes étant re- liées de façon à fonctionner automatiquement en parallèle. Les Fig. 6 à 8 représentent en coupe différents pro- cédés de construction qu'on utilise pour les pompes selon l'invention. Sur la Fig. 1 on a représenté une pompe selon un pre- mier mode de réalisation en position inopérante. La pompe comprend un carter tubulaire métallique 10 définissant une chambre de pression, un tube flexible 14 en caoutchouc renforcé par un acier à l'intérieur du carter 10, des joints d'étanchéité 16 et 18 aux extrémités opposées du carter servant à relier le tube 14 au carter 10 de façon étanche, une conduite d'entrée 20 reliée à une extrémité du tube 14, une conduite de sortie-22 reliée à l'extrémité opposée du tube et deux soupapes à pincement 22 et 26 qui agissent sur le tube 14 à proximité des extrémités respec- tives de celui-ci et qui sont manoeuvrables de l'extérieur du carter 10. Le carter 10 comprend un orifice 28 pour le fluide sous pression qui est raccordé à une source (non représen- tée) de fluide sous pression servant à établir la pression dans le carter 10 à l'extérieur du tube 14 en utilisant de l'eau ou un autre fluide hydraulique convenable. La conduite d'entrée 20 peut être reliée à une tarière à vis (non représentée) servant à transporter la matière dans le tube 14. On utilise normalement une telle tarière si la matière à pomper contient une proportion élevée de solides. Cependant la tarière peut être supprimée si la ma- tière est un liquide mais celui-ci doit être avantageuse- ment -ous une légère pression. Sur les Fig. 2 à 4 on a représenté un cycle de fonc- tionnement de la pompe selon l'invention. Comme on peut le voir sur la Fig. 2, la soupape 26 est fermée pour empêcher la matière située dans la conduite 22 de revenir dans le tube 14, alors que la soupape 24 est ouverte de sorte que la tarière peut amener de la matière dans le tube 14 à tra- vers la conduite 20. Quand le tube 14 est rempli, la sou- pape 24 se ferme et le volume autour du tube est mis sous pression par pompage d'un fluide sous pression à travers l'orifice 28. La pression exercée par le fluide sur le tube 14 élève la pression de la matière dans le tube et, une fois que la pression à l'intérieur du tube est égale à celle dans la conduite 22, la soupape 26 s'ouvre. Cette position est indiquée sur la Fig. 3. La pression dans la chambre augmente et le tube 14 est ainsi aplati ce qui oblige la matière dans le tube à s'écouler dans la conduite 22 (voir Fig. 4). Le degré d'aplatissement du tube 14 règle le débit de pompage. Il est facile de régler le degré d'aplatissement en agissant sur le pression maximale dans la chambre de pression et il est donc relativement facile de régler le débit de pompage. Une fois que le tube 14 a été aplati au degré voulu, la soupape 26 se ferme pour isoler le tube 14 de la matière à l'intérieur de la conduite 22. On laisse le fluide s'é- chapper de la chambre sous pression à travers l'orifice 28 et, une fois que la pression à l'intérieur de la chambre est tombée à un niveau prédéterminé, la soupape 24 s'ouvre de sorte que la tarière peut encore une fois amener la matiè- re à travers la conduite d'entrée 20 dans le tube 14, com- me on voit sur la Fig. 2. Le cycle de pompage peut alors recommencer. En variante, la soupape 24 peut être ouverte pendant que ladiAmbre est encore sous pression et la ma- tière est alors introduite à travers la conduite 20 pen- dant que le fluide s'échappe par l'orifice 28. Dans la description qui vient d'être faite il a été question d'une tarière à vis pour amener la matière à tra- vers la conduite 20 dans le tube 14. Une telle tarière est normalement utilisée si la matière contient une proportion élevée de solides mais on pourrait ne pas l'utiliser,si la fluidité de la matière est suffisante, en établissant une dépression dans le carter 10 autour du tube 14, lorsque la soupape 24 est ouverte. On tire alors profit de la diffé- rence de pression entre l'intérieur de la chambre et l'at- mosphère et, en réalité, on utilise l'atmosphère pour pous- ser la matière à travers la conduite 20 dans le tube 14. Si la matière est un liquide sous une faible pression établie par exemple sous une charge de pression statique, cette matière s'écoule facilement par gravité à partir de la 1-5 conduite 20 dans le tube 14. Si ce tube 14 est flexible, l'effet d'aspiration de son expansion naturelle, quand la chambre sous pression est mise à l'échappement, tend à atti- rer la matière à l'intérieur du tube et un tel effet peut être suffisant pour ne pas avoir besoin d'une alimentation par gravité. Si l'on utilise une seule pompé du type représenté sur les Fig. 1 à 4, la matière dans la conduite de sortie 22 est déplacée pas à pas. Pour supprimer les sautes ou les pulsa- tions dans cette conduite, on peut utiliser deux ou plu- sieurs pompes selon l'invention en parallèle et on les agence de telle façon que, lorsque le tube 14 de l'une des pompes est en cours d'aplatissement, le tube 14 de la pompe suivante soit en cours de remplissage. En synchronisant correctement les actions de pompage de chaque pompe et en réunissant des sorties des pompes, on peut aboutir à un écoulement sensiblement uniforme de ma- tière à travers la canalisation de sortie commune. La Fig. représente un montage permettant d'aboutir à ce résultat, avec utilisation de deux pompes 40 et 42 respectivement selon un second mode de réalisation de l'invention. Chacune de ces pompes comprend un carter métallique extérieur 44, un premier tube intérieur 46 en caoutchouc avec renforcement d'acier et un second tube intérieur 48 qui est réalisé en un matériau analogue mais qui est axialement segmenté et qui est disposé autour du tube 46. Des joints d'étanchéité 50 à l'intérieur du carter 44 qui viennent en contact avec le tube segmenté 48 définissent trois compartiments sous pres- sion 52, 54, 56 et 58, 60, 62 respectivement dans chaque pompe. Les pompes comprennent des soupapes de commutation 64, 66, 68 et 70 et aussi des soupapes-pilotes 72, 74, 76 et 78 reliées aux précédentes. Le fonctionnement de ces pompes qui sont reliées sur leurs c8tés amont, c'est-à-dire le côté gauche sur le dessin, à une source de distribution de la matière à pomper et sur leurs côtés aval c'est-à-dire le côté de droite du dessin, à une conduite commune, est le suivant: Le fluide hydraulique s'écoule par la soupape 68 pour pénétrer dans le compartiment 52. Ce compartiment 52 est mis sous pression et le segment enfermé du tube 48 est aplati en obligeant le tube 46 à l'intérieur du compartiment 52 à être lui aussi aplati. Ainsi le tube 46 est isolé. Quand la pres- sion à l'intérieur du compartiment atteint un niveau prédé- terminé, la soupape-pilote 76 est actionnée en faisant fonc- tionner la soupape de commutation 66. Le fluide hydraulique s'écoule alors dans les compartiments 54 et 62 et se déverse à partir des compartiments 56 et 60. Les tronçons du tube à l'intérieur du compartiment 54 sont aplatis et la matière est refoulée de l'intérieur de ces tronçons et se déplace vers le droite (en observant le dessin). En même temps le compartiment 62 est mis sous pression et hermétiquement isolé. Une fois que les tubes à l'intérieur du compartiment 54 sont à peu près entièrement aplatis, la pression dans le compartiment 54 augmente et finit par dépasser la valeur à laquelle la soupape-pilote 72 est actionnée. Cette soupape provoque le fonctionnement de la soupape de commutation 68 et le fluide hydraulique est alors dirigé vers l'intérieur du compartiment 58 en provoquant finalement la compression des tronçons de tube à l'intérieur de ce compartiment. La pression croissante dans le compartiment 58 atteint un ni- veau auquel la soupape-pilote 74 est actionnée pour faire agir la soupape de commutation 66. En conséquence, le fluide est déversé des compartiments 54 et 62 en obligeant les tu- bes enfermés à s'ouvrir et ce fluide est dévié vers les compartiments 56 et 60. La pression croissante dans le com- partiment 60 aplatit les tronçons tubulaires enfermés en re- foulant la matière vers la droite à travers le tube à l'in- térieur du compartiment 62.De mime, les tronçons tubulaires dans le compartiment 56 sont aplatis en isolant hermétique- ment les tronçons tubulaires dans le compartiment 54 de la conduite de sortie. A mesure que la pression augmente dans le compartiment 56, on finit par-atteindre un niveau qui provoque le fonctionnement de la soupape de commutation 64 et le fluide se déverse alors du compartiment 52 par la sou- pape 64 pour obliger les tronçons tubulaires enfermés dans le compartiment 52 à s'ouvrir. La matière prcgesse alors vers le tronçon tubulaire intérieur en dedans du comparti- ment 54. Quand la pression à l'intérieur du compartiment 60 dépasse une valeur prédéterminée, la soupae-pilote 78 est actionnée pour provoquer la commutation des soupapes 68 et 64. Le fluide est encore une fois admis dans le comparti- ment 52. Etant donné que la soupape 64 est fermée, le compartiment 52 est sous pression et, comme précédemment, la soupape-pilote 76 est actionnée. Le fluide est alors admis dans le compartiment 54 et s'échappe du compartiment 56. Le cycle de pompage peut alors recommencer. Le fonc- tionnement de la pompe supérieure est identique à celui de la pompe inférieure, les-soupapes 70, 74 et 78 étant res- pectivement identiques aux soupapes 64, 76 et 72. Les soupges 64 et 70 sont également utilisées, c'est-à- dire en plus du fluide provenant de la soupape 68, pour - fournir un fluide auxiliaire sous pression servant à mettre sous pression les compartiments 52 et 58 respectivement. En conséquence, quand la soupape 68 est actionnéeen enlevant la source principale de fluide sous pression de l'un ou l'autre compartiment, les tronçons tubulaires enfermés sont maintenus à l'état aplati par le fluide sous pression au- xiliaire. Un autre perfectionnement réside dans l'utilisation de soupapes de contournement 80 et 82 entre les compartiments 52 et 54, d'une part, et 58 et 60, d'autre part. Ces sou- papes servent à établir une pression préalable dans les compartiments 54 et 60 respectivement avant l'introduction de la source principale de fluide sous pression en prove- nance de la soupape 68. Les débits de pompage des deux pompes 40 et 42 sont efficacement réglés par les réglages préalables des sou- papes-pilotes 78 et 72 respectivement. La pression du flui- de hydraulique.pourrait également être réglée pour déter- miner les débits de pompage. Les ponpes pourraient être re- liées à une conduite commune d'entrée ou à une source com- mune de matière mais, si la combinaison de pompes doit être utilisée pour le mélange ou le brassage, chaque pompe doit être reliée à une conduite séparée. Un autre point qu'il y a lieu de prendre en considé- ration est que l'inversion dela séquence selon laquelle les compartiments sont mis sous pression a pour effet de pro- voquer le pompage dans le sens opposé. Il en est également de même avec la pompe représentée sur les figures 1 à 4. La Fig. 6 représente un procédé approprié d'isole- ment étanche d'un seul tube flexible 100 à l'intérieur d'un carter métallique tubulaire 102. Un joint formé à l'aide d'un piston 104 muni d'une bague torique périphérique 106 est disposé dans le carter 102 et il est verrouillé en position au moyen de vis (non représentés) traversant la paroi du carter. Le piston présente un trou 108 de section convergente à travers lequel passe le tube 100. Une col- lerette segmentée évasée 110 est boulonnée sur le piston 104 en établissant un joint étanche au fluide autour de la surface extérieure du tube en position adjacente au piston. La Fig. 7 met en évidence un procédé d'isolement étan- che utilisé dans la pompe selon l'invention lorsqu'on em- ploie un premier tube intérieur 112 et un tube segmenté 114 autour du tube 112. Les extrémités adjacentes du tube segmenté 114 sont en prise de frottement avec des broches crénelées 116 faisant partie d'un piston 118 comportant une bague torique périphérique 120 et installé dans un carter métallique 122. Le piston est verrouillé en position comme précédemment. Les sections de part et d'autre du piston forment des compartiments tels que 52, 54 ou 54, 56, etc. Avec ce procédé d'isolement étanche, le tube intérieur 112 passe librement à travers l'intérieur de la pompe. L'emploi de deux tubes offre l'avantage de permettre l'enlèvement du tube intérieur 112 qui est sujet à abrasion, une fois qu'il est usé sans avoir à démonter les joints réalisés par les pistons. La Fig. 8 représente le procédé de fermeture étanche qu'on utilise à l'extrémité de refoulement de la pompe. Le tube 114 est en prise avec la broche crénelée 116 d'un piston 118. Ce piston est verrouillé dans le carter métallique 122 à l'aide d'une vis de verrouillage 124. Une bride 126 est soudée à la surfacé extérieure du carter 122. Le tube intérieur 112 est en prise par une extrémité avec la broche 128 d'une bride 130. Une bague 132 présentant un trou à paroi convergente 134 pour le passage du tube 112 est bloquée par des moyens 136 entre les brides 126 et 130. En service, une conduite de décharge (non représentée) est reliée à la bride 130. On constate que ce type de cons- truction est particulièrement efficace pour établir un joint étanche aux fluides à l'intérieur de la pompe. En outre, quand le tube 112 est usé, il est facile de le remplacer en desserrant les boulons 136 et en retirant ensuite la bride 130 avec le tube associé 112. Sur le cVté d'aspiration de la pompe, le tube inté- rieur 112 débouche simplement à l'extérieur du carter 12, c'est-à-dire que la bride 130 est inutile; et le tube vient en prise directement avec un dispositif convenable de rac- cordement. L'avantage de la pompe selon l'invention est qu'elle est simple mais néanmoins capable de fournir des pressions de pompage très élevées à un prix relativement modique.* Quand la pompe est usée il est facile de la réparer. Les il tubes utilisés pour la pompe ne sont pas soumis à des pres- sions différentielles élevées étant donné que le mode de fonctionnement est tel que les pressions à l'intérieur des tubes sont sensiblement égales aux pressions à l'extérieur des tubes et sont équilibrées par ces dernières. Ainsi, les différences de pressions sont efficacement supportées par le carter métallique de la pompe. La synchronisation des pompes selon la Fig. 5 se fait automatiquement par des moyens hydrauliques. Il est évident que le réglage pourrait être effectué par des moyens pneu- matiques, électriques ou autres moyens appropriés. On pour- rait également utiliser plus de deux pompes en parallèle. Par ce moyen, on réalise un débit de pompage-sensiblement constant. La pompe peut également servir pour des pompages dans l'une ou l'autre direction et le débit est facile a régler selon les besoins. REVENDICATIONS 1 - Procédé de pompage d'une matière coulante, carac- térisé en ce qu'on introduit une partie de cette matière à travers une entrée dans un récipient compressible et on comprime extérieurement ce récipient de manière à l'aplatir au moins partiellement et à provoquer ainsi un refoulement de la matière à partir du récipient à travers une sortie. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la sortie du récipient est reliée à un conduit de sortie à travers lequel la matière est refoulée du récipient, carac- térisé en ce qu'-on met l'intérieur du récipient en communi- cation avec le conduit de sortie-uniquement lorsque lapres- sion à l'intérieur du récipient dépasse un niveau prédé- terminé. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel on prévoit que l'entrée du récipient est reliée à un conduit d'entrée à travers lequel la matière est in- troduite dans le récipient, caractérisé en ce qu'on isole hermétiquement l'intérieur du récipient du conduit d'entrée après l'introduction de la matière dans ce récipient. 4 - Pompe, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre sous pression; un récipient compressible à l'inté- rieur de la chambre, ce récipient comportant une sortie et une enmtze par laquelle une matière coulante est admise dans le récipient; et des moyens pour mettre sous pression la chambre extérieurement au récipient afin d'aplatir ce réci- pient au moins partiellement et ainsi provoquer le refoule- ment de la matière du récipient à traversla sortie. - Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour isoler hermétiquement l'entrée lorsque la matière est refoulée du récipient et des moyens pour isoler hermétiquement la sortie quand la matière est introduite dans le récipient. 6 - Pompe selon l'une des revendications 4 ou 5, ca- ractérisée en ce qu'elle comprend un organe flexible situé à l'intérieur de la chambre de pression et à l'extérieur du récipient de sorte que, lorsque la chambre est mise sous pression, une force qui aplatit au moins partiellement le récipient est exercée sur celui-ci par l'intermédiairecb l'organe flexible. 7 - Pompe selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe flexible comprend au moins une section tubu- laire et en ce que le récipient compressible comprend au moins un segment tubulaire à l'intérieur de ladite section tubulaire. 8 - Pompe selon l'une des revendications 4 à 7, carac- térisée en ce que les moyens de mise sous pression compren- nent un fluide qu'on introduit sous pression dans la cham- bre et, après l'aplatissement du récipient, ce fluide s'échappe de la chambre sous pression. 9 - Pompe selon l'une des revendications 4 à 8, carac- térisée en ce que des moyens sont prévus pour régler le degré d'aplatissement du récipient afin de contrôler de cet- te façon le débit de pompage de la pompe. - Ensemble comprenant au moins deux pompes, caracté- risé en ce que chaque pompe est du type défini dans l'une quelconque des revendications 4 à 9, en ce que la matière refoulée par chaque pompe aboutit dans une conduite commune et en ce que des moyens permettent de synchroniser le fonc- tionnement des pompes d'une façon telle que, lorsque la ma- tière est introduite dans une pompe, la matière est refoulée d'une autre pomipe.