Brevet FR2513700A1 — publié le 19830401

La présente invention concerne une pompe, qui peut tre une pompe à piston ou à membrane et qui doit servir pour le transport de liquides, de préférence des boues. On connaît différentes pompes à liquides, dans lesquelles on utilise comme soupapes automatiques d'admission et de refoulement par exemple des soupapes à plateaux chargés par ressorts, des soupapes à cônes chargés par ressorts, des soupapes à champignons chargés par contrepoids, etc. Ces soupapes fonctionnent correctement lorsqu'elles sont dimensionnées de façon appropriée ; leur résistance à l'écoulement et à l'ouverture est faible ; en outre elles n'ont pas tendance à produire des coups de bélier engendrés par une rupture de la colonne d'eau dans le conduit de refoulement. De telles solutions ont été par exemple décrites dans le document suivant : PATTANTYUS : "Handbuch des Maschinen- und Elektroingenieurs", volume IV, pages 47-49 (Technischer Buchverlag, Budapest, 1962). Les pompes à liquides connues sont réalisées dans de nombreuses variantes sous la forme de pompes à pistons ou à membranes. Récemment, on a également imposé à des pompes de ce genre que, dans certains domaines technologiques de l'industrie il soit possible - autant que possible en utilisant une seule pompe - d'aspirer simultanément différents liquides provenant de volumes séparés dans une chambre commune de travail de la pompe ou bien de refouler du liquide provenant de la chambre commune de travail de la pompe dans différents volumes séparés. De telles conditions sont rencontrées par exemple dans la fabrication d'a lumine, où la boue de bauxite et la solution aqueuse de lessive de soude doivent être aspirées simultanément dans la chambre de travail commune de la pompe. L'agencement des soupapes dans les pompes à pistons et membranes n'a pas été modifié depuis de nombreuses années. Ces soupapes sont constituées par ce mulon appelle des soupapes automatiques d'admission ou de refoulement" s'ouvrant à l'encontre de la pression d'un ressort, et qui s'ouvrent ou se ferment sous l'action du liquide proprement dit ou de leur poids. Un tel fonctionnement automatique des soupapes est ainsi parfaitement en concordance avec le mouvement du liquide provoqué par les pistons ou les membranes et à cet égard il n'est pas nécessaire de faire intervenir des mécanismes additionnels ; l'actionnement est produit simplement par l'écoulement du fluide transporté.Dans le cas des pompes à pistons, il existe cependant une condition de base consistant en ce que le début et la fin du cycle d'admission ou de refoulement, c'est-à-dire l'ouverture et la fermeture des soupapes, doivent s'effectu er dans les positions de point mort du piston, exécutant un mouvement alternatif, de la pompe à liquide. Le fonctionnement non perturbé des soupapes et du dispositif ne peut être assuré qu'à cette condition. Dans les positions de point mort, la vitesse du piston, et par conséquent l'action sur le liquide, sont nuls et pour cette raison, les conditions d'ouverture et de fermeture des soupapes sont les plus favorables à ces instants. D'autre part, les pertes de charge dans le conduit tubuiaire relié à la chambre de travail de la pompe à liquide sont réduites au minimum. Les pompes à liquides pourvues des soupapes automatiques connues ne conviennent cependant pas pour des applications de pompage où les liquides provenant de volumes séparés doivent 4tre aspics dans la chambre commune de travail de la pompe. L'ouverture et la fermeture simultanéès des soupapes en correspondance avec les positions de point mort du piston constitueraient également dans ce cas, une condition fondamentale, mais celle-ci ne peut alors être remplie que très occasionnellement. Cela s'explique par le fait que, dans les volumes séparés, par suite des possibilités de variation des conditions d'écoulement, la simultanéité de sollicitation des soupapes automati ques peut facilement #tre perdue.Cela conduit à des perturbations de marche. Un autre inconvénient consiste en ce que, lorsque le piston se déplace avec une vitesse croissante à partir du point mort, il ne déplace initialement qu'une faible quantité de liquide. Cette faible quantité de liquide pourrait aussi bien traverser une seule soupape d'un des volumes séparés sans que les soupapes d'admission des autres volumes séparés soient obligées de stouvrAr. Lorsque la vitesse du piston augmente, c'est-g-dire lorsque le débit de liquide augmente, la résistance à l'admission dans le volume dont la soupape d'admission est déJb ouverte augmente également, ce qui déclenche alors l'ouserture de la soupape d'admission d'un ou plusieurs autres volumes séparés, c'est-à-dire leur cycle d'admission retardé.A ce moment, cependant, le piston se déplace dejà très rapidement et il provoque en conséquence de tout cela, dans le volume d'admission dont la liaison a été retardée, une résistance à l'écoulement indésirable0 Cela provoque alors la rupture de la colonne de liquide, c'est-à- dire une perturbation de marché. La même considération s'applique au cas où du liquide provenant de la chambre commune de travail de la pompe doit autre refoulé par l'intermédiaire des soupapes automatiques de refoulement dans des volumes séparés. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients décrits ci-dessus. En conséquence, l'invention a pour but de fournir une pompe à liquide dans laquelle les soupapes d'admission ou les soupapes de refoulement peuvent être simultanément ouvertes ou fermées et dans laquelle de cette manière, des liquides provenant de plusieurs volumes d'admission séparés les unsades autres peuvent être aspirés dans la chambre commune de travail de la pompe d'une manière store ou bien un liquide provenant de la chambre commune de travail de la pompepeut titre refoulé d'une manière sare dans plusieurs volumes de refoulement séparés les uns des autres. Le probleme précité est résolu à l'aide d'une pompe dans laquelle deux-ou plusieurs volumes d'aspiration ou de refoulement-séparés l'un de l'autre sont reliés par l'intermédiaire de soupapes à une chambre commune de travail. Selon une caractéristique de l'invention, les soupapes des volumes d'aspiration ou des volumes de refoulement sont en relation d'interdépendance par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission de mouvement. Conformément à la présente invention, le mécanisme de transmission de mouvement peut êtrè constitué par des pistons mobiles en coulissement dans des cylindres ou bien par des membranes placées dans des cylindres, chacun des pistons ou membranes étant fixé sur un plateau de soupape respectif, et, en outre, les volumes situés d'un cdté des cylindres sont reliés entre eux - en vue d'un mouvement des plateaux de soupapes dans le même sens - par l'intermédiaire d'un conduit et il est prévu dans lesdits volumes et dans le conduit un remplissage de liquide auxiliaire tandis que les volumes de cylindres situés de l'autre c8té des pistons ou des membranes sont en communication avec l'air extérieur.Le mécanisme de transmission de mouvement servant à la commande du fonctionnement simultané des soupapes est agencé dans ce cas hydrauliquement. Les cylindres du mécanisme de transmission de mouvement peuvent, selon l'invention, être disposés par exemple dans les volumes d'admission ou dans la chambre commune de travail de-la pompe, ou bien également à l'extérieur des volumes d'admission et de la chambre commune de travail0 Cependant, il est possible d'envisager un agencement dans lequel les cylindres du mécanisme de transmission de mouvement sont placés en partie dans un volume d'admission ou un volume de refoulement mais en partie également dans la chambre commune de travail. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels La Figure 1 représente en coupe longitudinale un premier exemple de réalisation de la pompe selon l'invention ;; Ea Figure 2 représente une variante de la pompe de la Figure 1 La Figure 5 représente un troisième exempt de réalisation de la pompe selon l'invention La Figure 4 représente un quatrième exem ple de réalisation de la pompe selon l'invention La Figure 5 représente un cinquième exemple de réalisation de la pompe selon l'invention La Figure 6 représente un sixième exemple de réalisation de la pompe selon l'invention ; La Figure 7 reptdsente un septième exemple de réalisation de la pompe selon l'invention ; et La Figure 8 représente une variante de la pompe de la Figure 7. Les éléments analogues ont été désignés sur les Figures par-les mêmes références numériques. Comme le montre la Figure 1, le piston de pompe servant au refoulement d'un liquide, de préférence de la boue, est pourvu d'un cylindre 1 dans lequel peut coulisser un piston 2. Sur la Figure 1, on n'a pas indiqué des détails de la pompe qui sont inutiles pour la description de l'invention. La pompe comporte deux volumes d'admission 3 et 4 séparés l'un de l'autre et qui sont reliés par l'intermédiaire de soupapes 5 et 6 à une chambre commune de travail 7 de la pompe. Les soupapes 5 et 6 sont appelées des "soupapes automatiques", qui sont ouvertes par l'action de l'écoulement de liquide et qui sont fermees par action du liquide transporté et d'un ressort 8. La sortie de la pompe a été désignée par 9. Selon l'invention, les soupapes 5 et 6 des volumes séparés d'admission 3 et 4 sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission de mouvement 10. Dans le cas considéré,. le mécanisme de transmission de mouvement 10 se compose de pistons 12 et 12A pouvant coulisser de façon étanche dans les cylindres 11 et 11A, les pistons 12 et 12A étant fixés sur les tiges des soupapes 5 et 6. Les volumes des cylindres 11 et 11A qui sont situés d'un côté des pistons sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un tuyau 13, en vue d'un déplacement simultané des pistons dans le mEme sens que les soupapes 5 et 6. Dans ces volumes, ainsi que dans le tuyau 13, il est prévu un remplissage de liquide, à savoir de l'huile dans l'exemple considéré, ce liquide établissant la liaison hydraulique forcée entre les soupapes 5 et 6.Les volumes des cylindres Il et 11A se trouvant de l'autre côté des pistons 12 et 12A communiquent avec l'atmosphère extérieure, comme indiqué par les flèches. Les tiges de soupapes 5 et 6 sont pourvues d'une manière connue, aux endroits de pénétration dans les cylindres 11 et 11A, de joints d'étanchéité 15. Les cylindres li et llA pourvus des pistons 12 et 12A sont disposés concentriquement aux soupapes 5 et 6 dans les volumes d'admission 3 et 4 séparés l'un de l'autre. Les ressorts 8 sont logés dans la chambre de trava commune 7 et s'appuient sur les tubulures 16. La pompe selon l'invention représentée sur la Figure I fonctionne de la manière suivante Le piston 2 de la pompe est placé sur la Figure 1 aupoint-de départ du temps d'admission. Les soupapes 5 et 6 sont alors fermées. Lorsque le piston 2 se déplace vers le haut, des liquides différents, par exemple des boues, sont aspirés à partir des volumes d'admission séparés 3 et 4 dans la chambre de travail commune 7. Lorsque, par exemple, sous l'action de l'écoulement de liquide se trouvant dans le volume d'admission 3, la soupape 5 se soulève en surcompensant l'action exercée par le ressort 8, le piston 12 du cylindre Il est obligatoirement également deplacé vers le haut.Une partie du liquide de remplissage 14 est pendant ce temps refoulée par le piston 12 et par l'intermédiaire du conduit 13 depuis le volume supérieur du cylindre Il jusque dans le volume inférieur du cylindre 11A, et le piston 12A remonté. En même temps que la remontée du piston 12A, il se produit également une ouverture de la soupape 6 par l'intermédiaire de sa tige. Du fait que le liquide de remplissage 14 est essentiellement incompressible, on est ainsi assuré d'un fonctionnement à l'unisson précis et forcé des soupapes 5 et 6. Lorsque le piston 2 descend, les soupapes 5 et 6 se ferment et l'orifice de décharge 9 est ouvert ; les pistons 12 et 12A reviennent alors dans la position indiquée. L'exemple de réalisation de la Figure 2 ne diffère de celui de la Figure 1 que par une utilisation de membranes 17 et 17A à la place des pistons 12-et 12A, ces membranes étant montées dans les cylindres Il et 11A d'une manière connue en soi. La Figure 3 représente un mode de réalisation dans lequel le mécanisme de transmission de mouvement 10 n'est pas constitué par un dispositif hydraulique mais par un dispositif fonctionnant d'une façon purement mécanique. Dans cet agencement, la tige de la soupape 5 est reliée de façon articulée à un levier 20 par l'intermédiaire d'une tige de transmission 18 tandis que la tige de la soupape 6 est reliée de façon articulée à un levier-20 par l'intermédiaire d'un ressort compensateur 19. Le levier 20 est monté de façon à pouvoir tourner autour d'un pivot 21 placé dans une position fixe. Les tiges des soupapes 5 et 6 sont montées de façon à pouvoir coulisser dans des coussinets 22.La tige de transmission 18 aide au guidage rectiligne de la tige de soupape 5 tandis que le ressort compensateur 19 sert à éviter une prépondérance. Par le choix du rapport des bras de levier, le degré d'ouverture des soupapes peut être réglé à des valeurs différentes. Lorsqu'on doit obtenir des débits égaux de passage dans les soupapes 5 et 6, il faut augmenter le diamètre de la soupape 6. Dans certains cas, il peut également être avantageux que les soupapes coopérantes 5 et 6 s'ouvrent de différents degrés. L'exemple de réalisation de la Figure 4 diffère de celui de la Figure 1 en ce que le cylindre 11A du mécanisme de transmission de mouvement 10 est disposé dans la chambre de travail commune 7. La tige prolongée de la soupape 6 est pourvue d'un coussinet 22. Sur la Figure 5, on a représenté une variante dans laquelle le mécanisme de transmission de mouvement 10 du type hydraulique est complètement logé à l'intérieur de la chambre de travail commune 7. Les tiges des pistons 12 et 12A sont reliées dans ce cas à la coupelle de ressort 8A. Le mode de réalisation de la Figure 6 fonctionne d'une manière inverse de celui de la Figure 5. Dans ce cas, la pompe selon l'invention refoule un liquide à partir de la chambre de travail commune 7, dans des volumes séparés 23 et 24. Les autres détails concordent par analogie. Les Figures 7 et 8 représentent d'autres modes de réalisation dans lesquels le mécanisme hydraulique de transmission de mouvement 10 est logé en partie dans les volumes d'admission 3 et 4 (Figure 7) ou bien dans lesquels tout le mécanisme de transmission de mouvement 10 est place à l'extérieur des volumes d'admission 3 et 4 (Figure 8). Dans le mode de réalisation de la Figure 7, l'agencement de la Figure 2 est modifié en ce qu'il est prévu encore une unité de transmission 25 dans le conduit 13. L'unité de transmission 25 se compose d'une paire de-membranes 27 qui sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une tige 26. L'une des membranes coopère avec la membrane 17 tandis que l'autre coopère avec la membrane 17A par l'intermédiaire des remplissages de liquide 14 et 14A. Cet agencement présente l'avantage qu'on n'a pas à pourvoir de coussinets étanches les tiges des soupapes 5 et 6 dans les volumes & admission 3 et 4. Dans le mode de réalisation de la Figure 8, la totalité du mécanisme de transmission de mouvement 10 est placée à l'extérieur des volumes d'admission 3 et 4 ou de la chambre de travail commune 7. Une autre différence avec l'agencement de la Figure 7 consiste en ce qu'on utilise dans ce cas, à la place de la paire de membranes 27, une paire de pistons 28. Ce mode de réalisation présente l'avantage particulier que, pour les valeurs élevées de pression régnant dans les volumes d'admission, ces pressions ne sollicitent pas les pistons 12 et 12A - du fait qu'ils sont placés à l'extérieur. L'avantage essentiel des exemples de réalisation de l'invention des Figures 1 à 8 consiste en ce qu'il est possible d'obtenir une ouverture et une fermeture parfaitement simultanées des soupapes 5 et 6. Lors de l'utilisation du mécanisme hydraulique de transiiiission de mouvement 10, le remplissage de liquide 14 suit meme les mouvements les plus petits mais cependant il ne se produit pas d'encrassement par le fluide à déplacer car il est placé dans un volume fermé de façon étanche.En utilisant l'agencement selon l'invention, il est possible d'aspirer simultanément à partir des volumes séparés 3 et 4 différents liquides dans la chambre de travail commune 7 de la pompe ou bien de refouler à partir de cette chambre de tra vail commune 7 simultanémm t du liquide dans deux ou plusieurs chambres de travail séparées 23, 24. Le mécanisme de transmission de mouvement 10 conforme à l'invention permet en outre d'éliminer complètement les phénomènes d'hystérésis se produisant indvitable- ment avec les solutions connues, ou bien le blocage des soupapes, de sorte que ces pompes peuvent être considérées comme d'un fonctionnement très sflr. Un autre avantage de l'invention consiste en ce qu'il n'est pas nécessaire de faire intervenir une énergie extérieure.Le mécanisme de transmission de mouvement 10 proposé selon l'invention est en effet commandé par l'ouverture et la fermeture simultanées des soupapes 5 et 6. Pour la liaison forcée des soupapes 5 et 6 conformément à la présente invention, on a donné sur les dessins un exemple hydraulique et un exemple mécanique. Cependant, l'invention est également applicable par exemple à des moyens pneumatiques ou électriques ou bien à une combinaison des différentes possibilités. Le montage des soupapes 5 et 6 dans les volumes d'admission ou de refoulement présente l'avantage que le dispositif est considérablement simplifié. Les pistons 12 et 12A ou les membranes 17 et 17A sont disposés coaxialement par rapport aux soupapes 5 et 6 ; ils peuvent pour cette raison former avec celles-ci un ensemble d'un encombrement très réduit. On peut obtenir un agencement compact en logeant.complètement ou partiellement le mécanisme de transmission de mouvement dans la chambre de travail commune 7. il est à noter que, lorsque le mécanisme de transmission de mouvement 10 est placé dans les volumes d'admission et dans les volumes de refoulement des cylindres 11, 11A, il se produit naturellement-une certaine résistance à l'écoulement. Cependant, cette résistance à ltécoulement est en réalité très faible. Les proportions représentées sur les dessins se présentent différemment en réalit6. Les proportions du mécanisme de transmission-de mouvement 10 sont en fait bien plus petites et on ne les a agrandies que pour améliorer la compéhension du dessin. REVENDICATIONS 1/ Pompe pour le transport de liquides, de préférence de boues, dont les volumes d'admission ou les volumes de refoulement séparés sont reliés à une chambre de travail commune par l'intermédiaire de soupapes, caractérisée en ce que les soupapes (5,6) des volumes d'admission (3,4) et des volumes de refoulement (23,24) séparés sont en relation d'interdépendance par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission de mouvement (io) 2/ Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu des pistons (12,12A) pouvant coulisser de façon étanche dans des cylindres (11,11A) du mécanisme de transmission de mouvement (10), ou bien en ce qu'il est prévu dans les cylindres (11,11A) des membranes (17,17A), les pistons (12,12A) ou les membranes (17,17A) étant fixés sur les plateaux obturateurs des soupapes (5,6), tandis que les volumes situés d'un côté des cylindres (11,11A) sont reliés entre eux - en vue dtun mouvement des soupapes (5,6) dans le mdme sens - par l'intermédiaire d'un conduit (13), en ce qu'il est prévu dans ces volumes des cylindres et dans le conduit (13), un remplissage de liquide (14) et en ce qu'en outre les volumes des cylindres (11,11A) situés de l'autre côté des pistons (12,12A) ou des membranes (17,17A) sont en communication avec l'atmosphère extérieure. 3/ Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le mécanisme de transmission de mouvement (10) est logé au moins en partie dans les volumes d'admission séparés (3,4) ou bien dans les volumes de refoulement séparés (23,24) et/ou dans la chambre de travail commune (7)e