Brevet FR2492011A1 — publié le 19820416

Procéd por déplacer des boues et pompe Pour leur mise en oeuvre. La présente invention concerne une pompe à boue. Le brevet US nO 1 581 683 au nom de W.T. Nicholls décrit un moteur comprenant un carter tubulaire, des ailettes fixes à la paroi interne du carter et un arbre, des cannelures en spirale étant fixées à l'arbre. Cependant, le moteur n'engendre pas une limite de cisaillement entre le rotor et les ailettes fixes du carter tubulaire mais fonctionne plutôt par mouvement de l'eau entre les cannelures fixes du carter et les cannelures fixées à l'arbre. Le mouvement en vaet-vient de l'eau entre le carter et l'arbre crée des forces qui sont appliquées aux cannelures de l'arbre et font tourner l'arbre. D'autres pompes, telles que celles décrites dans le brevet US nO 536 925 au nom de Erb, comprennent un dispositif où pratiquement tout le fluide, qui est dans ce cas de l'air, est transféré par le rotor plutôt que par le stator. Il en va de même pour la pompe du brevet US nO 1 608 547 au nom de Clark. Le problème principal des pompes de l'art antérieur, quand elles sont utilisées pour pomper des boues contenant des matières abrasives telles que du charbon, réside dans l'usure élevée provoquée par les matières abrasives qui viennent heurter l'impulseur tournant à une vitesse importante pendant ltopération de pompage. les révolutions rapides du rotor provoquent non seulement une usure élevée du rotor quand il est heurté par les matières solides, mais les chocs brisent les matières pompées, les réduisent en dimensions et les rendent moins acceptables pour leur utilisation finale. La pompe de l'invention possède un fonctionnement différent de celui des pompes de l'art antérieur du fait que le mouvement des particules de boues s'effectue dans les parties externes de la pompe et non dans la zone en rotation. Cette pompe comprend essentiellement un carter tubulaire pourvu de cannelures en spirales formées sur le c8té interne du carter tubulaire ou fixées à celui-ci. L'espacement et la longueur des cannelures sont tels que pratiquement toutes les matières pompées passent entre les cannelures en suivant un parcours en spirale depuis l'entrée de la pompe jusqu'à sa sortie. La partie terminale des cannelures définit une ouverture cylindrique. Un arbre est monté axialement dans l'ouverture et contient une surface génératrice de cisaillement le long de sa périphérie. La surface génératrice de cisaillement se termine généralement à proximité immédiate de la partie terminale des cannelures. Quand l'arbre tourne, le fluide se trouvant autour de l'arbre crée une limite de cisaillement à proximité de la partie terminale des cannelures qui, de leur côté, provoquent le mouvement du fluide entre les cannelures qui font passer les particules et le fluide depuis 1' entrée de la pompe et le long du parcours en spirale entre les cannelures jusqu' la sortie de la pompe.Les moyens créateurs de cisaillement peuvent être des cannelures en spirale formées sur l'arbre, une série d'encoches courtes et droites constituées le long du parcours, une série d'ailettes droites, ou tout autre dispositif approprié, le critère principal étant que les moyens créateurs de la limite de cisaillement présentent une résistance suffisante au fluide le long de leur longueur pour que le reflux le long de l'arbre soit minimal. On donnera maintenant une description détaillée de l'invention avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe représentant l'ensemble de la pompe avec l'arbre et les moyens générateurs de cisaillement la figure 2 est une vue d'un autre mode de réalisation d'une partie de l'arbre et des moyens créateurs de cisaillement la figure 3 est une vue en bout, selon la direction 3-3, de l'appareil de la figure 2;; la figure 4 est une vue en bout d'un autre mode de réalisation de l'appareil représenté à la figure 2 la figure 5 est une vue isométrique d'une pompe illustrant son fonctionnement, une partie du carter externe ayant été retirée et la zone de sortie et l'extrémité ayant été également retirés la figure 6 est une vue en bout de moyens créateurs de cisaillement modifiés, et la figure 7 représente des moyens créateurs de cisaillement à pas variable. Si on se réfère à l'ensemble des figures et en particulier à la figure 1, la pompe comprend essentiellement un carter tubulaire 10 comportant des joues 11 et 12 à chaque extrémité. Des extrémités 13 et 14 sont fixées au carter 10 au moyen de brides 15 et 16. Une entrée 17 est constituée å l'extrémité 14 et elle comprend une ouverture 18 pour le passage des fluides vers l'intérieur 19 de l'extrémité 14. Une bride 20 est fixée à l'extrémité de l'entrée 17 et détermine les moyens pour relier l'entrée à une tuyauterie ou toute autre source de matières à pomper. Une sortie 21 comprend une ouverture 22 vers l'intérieur 23 de l'extrémité 13 et constitue un passage pour les matières quand elles ont été pompées vers une tuyauterie-de sortie fixée à la sortie 21 au moyen d'une bride 24. A l'intérieur du carter tubulaire 10 est prévue une chemise tubulaire 30 pourvue d'une série de cannelures en spirale 31. les cannelures en spirale 31 peuvent être constituées par moulage, soudage, ou tout autre moyen avec la chemise tubulaire 30, tous ces moyens étant bien connus et n'ayant pas besoin d'entre décrits ici. La chemise tubulaire 30 est représentée séparée du carter tubulaire 10 pour montrer la possibilité et la facilité de remplacement de la chemise 30 et des cannelures 31 quand elles sont usées.Naturellement, il est évident que, si l'usure ne représente pas un facteur significatif lorsqu'on utilise la pompe, les cannelures 31 peuvent être constituées directement sur le carter tubulaire 10. la longueur des cannelures 31 et lueur espacement doit définir un volume suffisamment important pour transporter pratiquement tout le fluide et les matières passant dans la pompe. Un arbre 32 est monté le long d'un axe 33 du carter tubulaire 10. L'arbre 32 peut tourner dans un palier 34 fixé par une plaque terminale 35 à l'extrémité 14 et une plaque terminale 36 à l'extrémité 13. La plaque terminale 35 comprend une ouverture centrale pour permettre à l'arbre 32 de la traverser. Un joint 37 est monté entre la plaque terminale 35 et le palier 34 pour éviter le passage des fluides le long de l'arbre 32 en direction de l'extérieur de la pompe. La plaque terminale 36 peut être rendue étanche par un simple joint torique 38. On peut utiliser des boulons 39 pour fixer les plaques terminales 35 et 36 aux extrémités 14 et 13 respectivement. Des boulons 40 sont fixés par des écrous respectifs 41 aux brides de retenue 16 et 12 rassemblées et aux brides 11 et 15 rassemblées. Dans le mode de réalisation préféré, une série d'ailettes 42 sont fixées à l'arbre 32 en spirale le long de l'arbre et s'étendent de l'arbre jusqu'à proximité immédiate du côté inférieur 43 des ailettes 31. Le mode de réalisation préféré illustré sur la figure 1 représente des ailettes comme celles qui viennent d'être mentionnées, disposées en spirale le long de l'arbre 32. Cependant, les ailettes n'ont pas besoin d'être disposées en spirale le long de l'arbre 32 et elles peuvent être fixées longitudinalement à celui-ci, comme illustré sur les figures 2 et 3 où les ailettes 45 (dont quatre sont représentées) sont fixées à l'arbre 32 à angle droit les unes par rapport aux autres sur des secteurs situés le long de la longueur de l'arbre. Pour réduire le courant des fluides le long de l'arbre entre les ailettes, on peut fixer des éléments 46 résistant au fluide entre lesdites ailettes. Une ouverture 47 peut être prévue entre les éléments résistants 46 de l'arbre 32 de manière que les matières accumulées puissent être entraSnées par les éléments résistants 46. La figure 4 représente l'addition de quatre ailettes supplémentaires à un mode de réalisation semblable à celui représenté sur les figures 2 et 3. On peut prévoir autant d'ailettes 45 que cela est nécessaire de manière à déterminer une limite de cisaillement adéquate quand l'arbre 32 est entraîné en rotation et de manière qu'une résistance suffisante apparaisse le long de l'arbre entre les ailettes pour qu'une quantité limitée de fluide seulement reflue entre les ailettes 45. La figure 5 représente un autre mode de réalisation de l'impulssur de la pompe, et il comprend un arbre 32 et une âme 48 pourvue d'une série de nervures en spirale 49 fixées le long de sa longueur. D'autres configurations peuvent être mises en oeuvre dans la mesure où une limite de cisaillement suffisante est engendrée à l'interface entre l'arbre rotatif 32 et les cannelures en spirale 31. Le fonctionnement de la pompe décrite ci-dessus va maintenant être indiqué en se référant à la figure 5. Les matières pénètrent dans la pompe par l'entrée 17 et elles sont constituées habituellement par des fluides et des solides, ce mélange étant connu en général sous le nom de boue. Quand l'arbre 32 tourne dans le sens de la flèche 50, l'âme 48 tourne également dans le même sens et les nervures 49 tournent également, provoquant le mouvement de l'eau ou de tout autre fluide dans la partie de l'appareil située entre la partie terminale externe des nervures et la partie terminale inférieure 43 des cannelures 31.Le mouvement de l'eau en cet endroit crée une limite de cisaillement, laquelle provoque le mouvement des fluides entre les cannelures 31 et la chemise tubulaire 30. le mouvement du fluide en cet emplacement engendre une différence de pression entre l'entrée et la sortie, la pression étant plus élevée à-la sortie qu'à l'entrée, et les matières sont de ce fait attirées dans l'entrée et la partie interne 19 de l'extrémité 14 où elles commencent à circuler dans le sens de la flèche 55 (voir figure 1) entre les cannelures 31 qui forment un parcours graduel en spirale autour de la partie externe jusqu'à ce qu'elles atteignent la sortie, en se déplaçant de façon générale dans le sens de la flèche 56.Les fluides étant soumis à une pression élevée sortent par la sortie 21 et une tuyauterie (non représentée) pour parvenir à l'endroit où la boue doit être transportée. les particules solides qui entrent par l'entrée 17 circulent également avec les fluides dans le sens de la flèche 55 entre les cannelures 31 et la chemise tubulaire 30. Si les particules pénétraient dans l'espace situé entre les ailettes 42 et l'arbre 32, la force centrifuge rejeterait ces particules vers l'extérieur en les forçant à aller dans l'espace situé entre les cannelures 31 et la chemise tubulaire 30. Si on se reporte à la figure 5, la force centrifuge agit dans le sens de la flèche 60, amenant les particules à se déplacer vers l'extérieur jusqu'à ce qu'elles viennent heurter la chemise tubulaire 30 (si celle-ci existe), ou le carter tubulaire 10 (s'il n'y a pas de chemise tubulaire 30). Le mouvement du fluide amène alors les particules, par exemple en 61, à se déplacer dans le sens de la flèche 62, et elles sont alors progressivement entraînées en direction de la sortie de la pompe. Le mode de réalisation préféré a été illustré pourvu d'une série d'ailettes 42 fixées en spirale à l'arbre 32. Naturellement, il est évident qu'une configuration en spirale des ailettes n'est pas obligatoire pour le fonctionnement de la pompe. Tout ce qui est nécessaire est que la surface de l'arbre engendre une limite de cisaillement à la partie terminale 43 des cannelures 31, la rotation de l'arbre 32 devant en d'autres termes créer un interface de cisaillement en ce point adéquat pour faire passer les fluides entre les ailettes 31. il est évident que diverses configurations sont possibles quand on prend en considération les caractéristiques nécessaires aux moyens créateurs de cisaillement. Des ailettes plates et non en spirale, telles que représentées aux figures 2 à 4, fonctionnent de façon satisfaisante. Cependant, le problème essentiel quand il s'agit d'ailettes qui ne sont pas en spirale est que la pression sur le côté de sortie de la pompe doit être suffisante par rapport à la pression d'entrée pour que les fluides commencent à se déplacer le long de l'arbre entre les ailettes depuis le c8té d'entrée et en direction du côté de sortie. Ce mouvement des fluides diminue sensiblement le rendement de la pompe et tend à réduire la différence de pression d'ensemble entre l'entrée et la sortie. Des éléments résistants 46 montés perpendiculairement à l'axe de l'arbre et fixés aux ailettes ralentissent le mouvement des fluides le long du parcours décrit ci-dessus. Une ouverture 47 ménagée entre les éléments résistants 46 et l'arbre 32 ont pour fonction d'entrainer les fines particules susceptibles de s'accumuler quand ces particules n'ont pas une masse suffisante pour être projetées vers l'extérieur par la force centrifuge. Toute configuration des ailettes et des éléments résistants le long de l'arbre 32 convient dans la mesure où où elle peut créer une limite de cisaillement adéquate et dans la mesure où elle provoque une réduction suffisante du courant le long de l'arbre pour que le courant qui passe effectivement sur ce parcours puisse être toléré. Même une surface ou une âme extrêmement rugueuse telle qu'indiquée en 48 peut engendrer une énergie de cisaillement suffisante pour rendre le système fonctionnel. Si on se réfère à la figure 6, celle-ci représente une variante de la forme des éléments 45 de la figure 3. La configuration de ce mode de réalisation tend à réduire les remous à l'arrière des bords éffilés 42 des ailettes 45 lorsque ces ailettes 45 tournent dans le fluide, ce qui améliore le rendement de la pompe. La figure 7 représente également une partie 42a à pas variable qui améliore le rendement de la pompe en améliorant l'introduction initiale des fluides et des matières dans les cannelures 41, i partir de l'intérieur 19 de l'extrémité 14 par exemple. L'une des caracteristiques de l'invention est que l'arbre peut tourner indifféremment dans un sens ou dans l'autre, ce qui amène la pompe à fonctionner dans un sens ou dans l'autre. En inversant l'arbre, l'entrée 17 devient la sortie 17 et la sortie 21 devient l'entrée 21. il n'a pas été fait de description des joints et des paliers de butée habituels utilisés pour chaque extrémité de l'arbre 32. Ces joints et ces paliers de butée sont bien connus dans l'art et les inclure dans la description ne ferait que compliquer in.Rtilement les dessins. Ainsi dans une pompe agencée conformément à l'invention, on empêche pratiquement les matières abrasives de circuler le long du rotor tournant à grande vitesse, et on empêche de ce fait une usure excessive de ce rotor. En outre, il a été prévu, selon l'invention, de recourir à des chemises amovibles quand les cannelures fixées à la chemise sont suffisamment usées et quand des quantités trop importantes de fluides ne passent pas par le passage où la pompe exerce son action. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagées ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. RETENDICATIONS 1. Pompe destinée à transporter des boues constituées par des liquides et des solides, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter tubulaire ayant un axe et des extrémités d'entrée et de sortie des cannelures fixes en spirale s'étendant depuis la paroi interne du carter et constituant une partie terminale cylindrique coaxiale à l'axe du carter, lesdites cannelures étant eapacées pour définir un volume en spirale par lequel pratiquement la totalité de la boue est transportée un arbre monté rotatif aux extrémités d'entrée et de sortie et disposé dans l'axe du carter des moyens d'entrainement en rotation reliés à l'arbre ; et des moyens créateurs de cisaillement fixés à l'arbre et destinés à tourner à l'intérieur d'une limite de cisaillement concentrique à la partie terminale cylindrique, ces moyens créateurs de cisaillement empê- chant un courant axial de la boue à l'intérieurde la partie terminale cylindrique en dirigeant le courant de boue dans les cannelures en spirale jusqu'à l'extrémité de sortie. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens créateurs de cisaillement comprennent une série d'ailettes partant de l'arbre et orientées le long de l'axe de l'arbre. 3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que les ailettes comprennent en outre un élément résistant au courant fixé entre les ailettes et orienté perpendiculairement à l'axe de l'arbre. 4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens créateurs de cisaillement comprennent un arbre et une série de nervuresfixées à l'arbre et s'étendant jusqu'à la partie terminale des cannelures. 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que les nervures sont constituées par une série d'entailles longitudinales formées dans l'arbre. 6. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens créateurs de cisaillement comprennent un arbre, des nervures en spirale étant fixées à la périphérie de cet arbre et s'étendant jusqu'à la partie terminale des cannelures. 7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le pas des nervures en spirale décroît à partir de l'extrémité d'entrée de la pompe. 8. Procédé de pompage d'une boue formée par des liquides et des solides et mettant en oeuvre un appareil consistant en un carter cylindrique comprenant des cannelures fixes en spirale s'étendant vers l'intérieur à partir du carter et définissant un évidement axial cylindrique, et comprenant un élément axial pourvu d'un dispositif radial créateur de cisaillement, entraîné en rotation à l'intérieur de cet évidement, comprenant les étapes consistant à faire entrer la boue tangentiellement à une première extrémité du carter cylindrique et faire sortir la boue tangentiellement à l'extrémité opposée du cartercylindrique sous une pression plus importante, caractérisé en ce que les solides sont déplacés surtout à l'intérieur des cannelures fixes en spirale dans le carter cylindrique avec un contact minimal avec l'élément axial du fait qu' une limite de cisaillement est induite à la partie terminale des cannelures en spirale par ledit élément axial. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la différence de pression entre les extrémités d'entrée et de sortie du carter cylindrique est fonction de la longueur dudit carter cylindrique. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à interdire le passage des liquides et des solides axialement à l'intérieur de la limite de cisaillement. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre 1' étampe consistant à sélectionner le pas et la profondeur des cannelures en spirale selon les dimensions des particules desdites matières solides. 12. Procédé de pompage d'une boue de liquides et de solides dans une conduite de transport hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à faire pénétrer une boue de liquides et de solides à une première extrémité d'un carter cylindrique comprenant une cannelure fixe en spirale s' étendant vers l'intérieur jusqu'à une partie terminale cylindrique prévoir un corps en rotation à l'intérieur des cannelures en spirale pour engendrer une force de cisaillement dans ladite partie terminale cylindrique afin d'accélérer le mouvement de la boue de liquides et de solides dans les cannelures en spirale ; et faire sortir la boue de liquides et de solides par la seconde extrémité du carter cylindrique sous une pression plus importante pour qu'elle parvienne dans une conduite de transport.