Brevet FR2528497A1 — publié le 19831216

La présente invention concerne une installation de pompage pour puiser un liquide tel que de l'eau, pouvant être installée en des endroits éloignés des postes classiques de distribution d'énergie, fonctionnant de façon sûre, tout en ne nécessitant pratiquement pas d'entretien et dont le prix est en outre très abordable. Cette installation de pompage se caractérise essentiellement en ce qu'elle comprend deux chambres indépendantes remplies de liquide et communiquant avec une réserve de liquide lors de l'ouverture d'un clapet d'admission ainsi qu'avec une conduite d'évacuation du liquide lors de l'ouverture d'un clapet de refoulement, deux compartiments déformables situés chacun dans une chambre, ces compartiments communiquant entre eux et contenant une quantité de fluide incompressible telle que le volume de l'un peut diminuer lorsque celui de l'autre augmente et vice-versa et des moyens de liaison reliant les compartiments déformables à des organes de commande prévus à l'ex- térieur des chambres pour faire varier le volune des ccsccctÙrrits en sens inverse. Lorsqu'on exerce une traction sur les moyens de liaison associés à l'un des compartiments, on contraint le fluide incompressible contenu dans ce compartimant à se diriger dans l'autre compartiment. Le clapet d'admission de la chambre contenant le compartiment dont le volume diminue s'ouvre alors pour permettre au liquide de la réserve de venir compenser cette diminution de volume. Pendant ce temps, le clapet de refoulement de la chambre contenant le compartiment dont le volume augmente s'ouvre pour permettre au liquide en excès dans cette chambre de se diriger dans la conduite d'évacuation. Naturellement, la commande des clapets d'admission et de refoulement des deux chambres est inversée lorsqu'on exerce une traction sur les moyens de liaison associés à l'autre compartiment. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les deux compartiments déformables sont constitués par deux vérins souples du type à anneaux fixés verticalement à la partie supérieure des chambres et comportant chacun une tige reliant leur extrêmité inférieure aux moyens de liaison. L'utilisation de ces vérins, de conception classique, permet de simplifier considérablement la construction de l'installation de pompage et contribue par conséquent à réduire le coût de celle-ci. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, les deux compartiments déformables sont constitués par deux poches allongées fixées contre la paroi latérale des chambres et contre lesquelles sont appliquées deux barres de pression verticales reliées par leur extrêmité supérieure aux moyens de liaison. Grâce à ces poches, il est possible de donner une forme allongée aux chambres, ce qui permet de descendre l'installation de pompage au fond dss puits de forage de faible diamètre. De préférence, les barres de pression sont articulées horizontalement sur des bielles elles-mêmes articulées horizontalement sur la paroi latérale des chambres, ces bielles étant inclinées vers le bas en direction de la barre de pression à laquelle elles sont reliées. Grâce aux bielles, les barres de pression sont contraintes de glisser contre les poches pendant qu'elles se déplacent verticalement sous l'action des moyens de liaison , l'une en comprimant et l'autre en permettant la dilatation de la poche associée. Avantageusement, les moyens de liaison sont constitués par des éléments flexibles tels que des chaînes ou des cables. Comme la variation du volume des compartiments n'est généralement pas proportionnelle à la déformation des parois de ces compartiments, lutins tallation de pompage risquerait de se bloquer si les moyens de liaison étaient rigides. C'est précisément pour éviter un tel blocage que la présente invention préconise l'utilisation de moyens de liaison flexibles. Lorsque l'installation de pompage est située au fond d'un forage de petit diamètre, il est par ailleurs souhaitable que les moyens de liaison s'étendent au moins en partie dans la conduite d'évacuation du liquide de façon à les rendre le moins encombrant possible et à laisser le maximum de place à la conduite d'évacuation à l'intérieur du forage. Plusieurs modes d'exécution de la présente invention seront décrits ci-après à titre d'exemples nullement limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une installation de pompage selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une vue de dessus de l'installation visible sur la figure 1 , - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une installation de pompage selon un second mode de réalisation, - la figure 4 est une vue schématique à échelle agrandie de la partie inférieure de l'installation visible sur la figure 3, - - la figure 5 est une vue en coupe schématique montrant les organes de commande d'une installation de pompage selon un troisième mode de réalisation, - la figure 6 est une vue latérale de la partie de l'installation qui est visible sur la figure 5, - la figure 7 est une vue de face schématique montrant les organes de commande d'une installation de pompage selon un quatrième mode de réalisation, et - la figure 8 est une vue de dessus de la partie de l'installation qui est visible sur la figure 7. L'installation de pompage réprésentée sur les figures 1 et 2 est plus particulièrement destinée à prélever de l'eau dans un puits. Elle comprend un corps 1 prenant appui sur des supports horizontaux 2 scellés dans la paroi du puitsau dessus du niveau de l'eau. Son corps 1, qui peut par exemple etre de forme cylindrique, parallèlépipèdique ou sphérique renferme deux chambres indépendantes 3 a, 3 b remplies d'eau, ces chambres étant séparées l'une de l'autre par une cloison verticale 4. La chambre 3 a communique, à sa partie inférieure, avec une conduite d'aspiration 5 a comportant un clapet d'admission 6 a situé au dessus d'une crépine 7 a immergée dans l'eau et à sa partie supérieure, avec une conduite d'évacuation 8 a comportant un clapet de refoulement 9 a à sa partie inférieure. De même, la chambre 3 b communique à sa partie inférieure, avec une conduite d'aspiration 5 b comportant un clapet d'admission 6 b situé au dessus d'une crépine 7 b immergée dans l'eau, et à sa partie supérieure, avec une conduite d'évacuation 8 b comportant un clapet de refoulement 9 b à sa partie inférieure. On notera ici que les clapets 6 a, 6 b et 9 a, 9 b sont de préférence du type à boule, de façon à minimiser les pertes de charge et qu'ils sont montés dans leur conduite respective de façon à ne s'ouvrir que pour permettre une élévation de l'eau. Les chambres 3 a, 3 b renferment chacune un compartiment déformable 10 a, respectivement 10 b. Les compartiments 10 a, 10 b, qui communiquent entre eux par l'intermédiaire d'une canalisation 11, contiennent une quantité telle de fluide incompressible, par exemple de l'eau,que le volume de l'un peut diminuer lorsque celui de l'autre augmente, et vice versa. Dans l'exemple représenté sur la figure 1,ils sont constitués par deux vérins souples identiques du type à anneaux, fixés verticalement à la partie supérieure des chambres 3 a, 3 b et comportant chacun une tige centraie verticale 12 a, respectivement 12 b reliée à leur fond et se prolongeant à l'extérieur du corps 1 après avoir traversé de façon étanche la paroi supérieure de celui-ci. On notera que les vérins souples sont de préférence conçus pour pouvoir résister à des pressions internes pouvant aller jusqu'à 10 à 15 bars. Ils doivent en outre être parfaitement purgés pour éviter que des traces d'air ou de gaz pertubent le fonctionnement de l'installation de pompage. En revenant aux conduites d'évacuation 8a, 8b, on remarquera qu'ils sont raccordés à ltextrêmité inférieure d'une conduite principale 13 se prolongeant hors du puits pour pénétrer dans un bâti 14 fixé sur un socle 15 fermant l'entrée du puits, la conduite 13 se terminant par une goulotte 16 se prolongeant à l'extérieur du bâti 14 en s'inclinant légèrement vers le bas. A sa partie supérieure, le bâti 14 comporte deux fentes 17 a , 17 b se faisant face et au travers desquelles font saillie deux leviers de manoeuvre 18 a, 18 b. Ces leviers sont calés sur une tige horizontale 19 montée pivotante sur le bâti, dans sa partie située à la hauteur des deux fentes. La tige 19 porte entre les deux leviers, deux secteurs diamétralement opposés 20 a,20 b auxquels sont accrochés des éléments flexibles 21 a, 21 b, tels que des chai- nes, des cordes ou des cables reliés aux tiges verticales 12 a, 12 b des vérins souples. Pour pomper de l'eau avec l'installation représentée sur les figures 1 et 2,on commence par exercer sur les leviers 18 a et 18 b, une force dirigée suivant les flêches Fa et Fb, afin d'exercer une traction sur l'élément flexible 21 a. Le fluide incompressible contenu dans le compartiment 10 a emprunte alors la canalisation 11 pour se diriger dans le compartiment 10 b qui se dilate. Pendant ce temps, le clapet d'admission 6 a s'ouvre pour permettre l'arrivée dans la chambre 3 a d'une quantité d'eau compensant la diminution du volume du compartiment 10 a. Le clapet de refoulement 9 b s'ouvre simultanément pour permettre le départ, de la chambre 3 b vers la conduite 8 b, d'une quantité d'eau compensant l'augmentation du volume du compartiment 10 b. De l'eau peut alors être récupérée à la sortie de la goulotte 16 Puis, lorsque le compartiment 10 a prend une configuration semblable à celle du compartiment 10 b qui est illustrée sur la figure 1, on inverse le sens des forces exercées sur les leviers 18 a et 18 b, de façon à commander les clapets d'admission 6 b et de refoulement 9 a pour permettre le refoulement d'une nouvelle quantité d'eau dans la conduite 8 a et la récupération d'une quantité équivalente à la sortie de la goulotte 16. On conçoit aisément qu'en raison de leur forme, les deux vérins souples ont un volume dont la variation n'est pas proportionnelle au déplacement vertical de leur fond. Les éléments flexibles 21 a,21 b permettent une compensation de ce déphasage et évitent par conséquent un blocage de l'installation de pompage. Pour être complet, on précisera que l'installation est normalement prévue pour être commandée par deux opérateurs exerçant chacun leur action sur un bras de manoeuvre. L'installation de pompage visible sur les figures 3 et 4 est plus particulièrement destinée à puiser de l'eau dans un puits délimité par un tube de forage 30 de faible section. Elle comprend un corps 31 prenant appui sur la face interne du tube 30 et se trouvant légèrement au dessus du niveau de l'eau. Son corps 31, dont la section est de préférence circulaire, renferme deux chambres indépendantes 32 a, 32 b, de forme allongée, pleinesd'eau et séparées l'une de l'autre par une cloison verticale 33. La chambre 32 a communique avec une conduite d'aspiration 34 a comportant un clapet d'admission 35 a situé au dessus d'une crépine 36 a immergée dans l'eau, ainsi qu'avec une conduite d'évacuation 37 par l'intermédiaire d'un clapet de refoulement 38 a. De même, la chambre 32 b communique avec une conduite d'aspiration 34 b comportant un clapet d'admission 35 b situé au dessus d'une crépine 36 b immergée dans l'eau, et avec la conduite d'évacuation 37 par l'intermédiaire d'un clapet de refoulement 38 b. On notera ici que les clapets 34 a, 34 b et 38 a, 38 b sont du même type que ceux de l'installation représentée sur la figure 1 et sont montés de la même manière. Chacune des chambres 32 a, 32 b renferme également un compartiment déformable 39 a, respectivement 39 b, mais se présentant sous la forme d'une poche allongée. Les compartiments 39 a, 39 b réalisés par exemple en un tissu caoutchouté susceptible de résister à des pressions internes de l'ordre de 10 à 15 bars, sont fixés contre la paroi latérale des chambres qui font face à la cloison verticale 33 et communiquent entre eux par un passage 40 reliant leur extrêmité inférieure. Tout comme les vérins souples du mode de réalisation précédent, ils renferment un fluide incompressible grâce auquel leur volume peut varier en sens inverse lorsque l'un d'eux est soumis à l'action d'une pression. Comme le montre plus clairement la figure 4, deux barres de pression verticale 41 a, 41 b s'appuient respectivement contre les faces des compartiments 39 a, 39 b qui sont tournées vers la cloison 33. Chaque barre de pression est reliée à cette cloison par l'intermédiaire de bielles identiques et parallèles 42 a, respectivement 42 b, inclinées vers le bas à partir de la cloison 33. A leur extrêmité supérieure, les barres sont reliées à des éléments flexibles 43a, 43b se prolongeant à l'extérieur des chambres 32 a, 32 b après avoir traversé la paroi supérieure de celles-ci qui est pourvue de dispositifs d'étanchéité appropriés. Les éléments flexibles 43 a, 43 b qui peuvent être constitués par des channes, des cordes ou des cables, sont utilisés pour déplacer l'es barres de pression verticalement, tout en permettant à l'une de s'éloigner et à l'autre de se rapprocher de la cloison 33 sous le contrôle des bielles 42 a, 42 b qui les maintiennent contre la poche correspondante. En revenant à la figure 3, on remarquera que la conduite d'évacuation 37 se prolonge au delà de l'entrée du tube de forage 30 et comporte une goulotte 44 permettant l'évacuation de l'eau pompée. On remarquera également que les éléments flexibles 43 a, 43 b s'étendent à l'intérieur de la conduite 37 et sont reliés au dessus de la partie supérieure de celle-ci, à des bras de manoeuvre 45 a, 45 b articulés sur un portique 46 ayant la forme d'un U renversé, ces bras étant comparables aux bras 18 a, 18 b de l'installation selon la figure 1 et n'ayant donc pas à être décrits ici. Pour pomper de l'eau avec l'installation représentée sur les figures 3 et 4, on exerce tout d'abord sur les leviers45 a, 45 b une force dirigée suivant les flêches f a et f b afin d'exercer une traction sur l'élément fle xible 43 b. La barre de pression 41 b s'élève alors verticalement tout en s'éloignant de la cloison 33 sous la commande des bielles 42 b. Pendant ce temps, la barre de pression 41 a s'abaisse verticalement tout en se rapprochant de la cloison 33. Sous l'action de la compression exercée par la barre 41 b contre le compartiment 39 b, le fluide incompressible contenu dans celui-ci s'évacue dans le compartiment 39 a, ce qui permet l'ouverture du clapet d'admission 35 b et du clapet de refoulement 38 a. De l'eau s'écoule alors dans la gou lotte 44. Lorsque les configurations initiales des compartiments sont inver sées, on exerce sur les bras 45 a, 45 b des forces opposées aux forces fa, fb, ce qui permet l'ouverture du clapet d'admission 35 a et du clapet de re foulement 38 b et donc l'écoulement d'une nouvelle quantité d'eau dans la goulotte 44. Les figures 5 et 6 illustrent une autre solution pour exercer alter nativement une traction sur les éléments flexibles 51 a, 51 b, ici des charnels, d'une installation de pompage dont les compartiments déformables peuvent être similaires aux vérins souples 10 a, 10 b, ou aux poches 39 a, 39 b décrits ci-dessus. Dans l'exemple représenté sur ces figures, les chaines 51 a, 51 b s'étendent dans une conduite d'évacuation d'eau 52 située dans un tube de de forage 53 dont l'entrée est fermée par une plaque annulaire 54 et se prolongent à l'intérieur d'un bâti creux 55 monté de façon étanche sur la plaque 54. A sa partie supérieure, le bâti 55 comporte un volant de manoeuvre vertical 56 monté rotatif autour d'un axe horizontal 57 portant un plateau 58. Celui-ci est pourvu d'un maneton excentré sur lequel est articulée l'une des extrêmités d'une bielle 59 dont l'autre extrémité est articulée sur un maneton excentré porté par un autre plateau 60 monté rotatif sur un axe horizontal 61. La longueur de la bielle 59 et le diamètre du plateau 60 sont calculés pour que celui-ci oscille autour de son axe de rotation lorsqu'un opérateur fait tourner le volant 56.Comme les extrêmités supérieures des deux chaînes 51 a et 51 b sont attachées en deux points diamétralement opposés de la face du plateau 60 qui n'est pas tournée vers la bielle 59, il suffit bien entendu de faire tourner le volant 56 pour exercer alternativement une traction sur les chaines 51 a 51 b afin de déformer les compartiments de l'installation de pompage et de recueillir de l'eau à la sortie d'une goulotte 62 prévue sur le bâti 55. Les figures 7 et 8 illustrent une solution pour commander un ensemble de quatre installations de pompage 70 équidistantes. Chaque installation comporte un bâti 71 à l'extérieur duquel s'étendent les éléments flexibles 72 a, 72 b, lesquels sont constitués, dans l'exemple représenté, par une même chaîne. Chaque bâti supporte à rotation une poulie 73 sur laquelle prennent appui les éléments 72 a et 72 b correspondants, cette poulie étant solidaire de l'une des extrémités d'un bras 74 dont l'autre extrêmité est pourvue d'un galet 75. Les galets des quatre installations de pompage coopèrent avec une came circulaire 76 prévue sur la face supérieure et à la périphérie d'un disque horizontal 77 solidaire en rotation d'un arbre vertical 78 dont l'ex- trêmité supérieure,- plus haute que les poulies 73, porte un bras radial de manoeuvre 79. L'élément flexible 72 a de chacune des installations, qui est plus proche du galet correspondant 75 que l'élément flexible 72 b, porte un contrepoids 80 destiné à maintenir en permanence ledit galet contre la came 76. Lorsqu'on fait tourner le disque 77 dans le sens des aiguilles d'une montre en exerçant une force appropriée sur le bras radial 79, chacun des galets 75 descend puis remonte le long de la came 76. Il permet ainsi à la poulie 73 qui leur est associée d'osciller autour de son axe et d'exercer alternativement une force de traction sur chacun des éléments flexibles 72 et donc de déformer successivement les compartiments des quatre installations de pompage. Il va de soi que le disque 77 pourrait comporter plusieurs cames 76 le long de sa périphérie. De même, il pourrait par exemple y avoir de 1 à 6 installations autour du disque. On notera par ailleurs que la mise en rotation du disque 77 pourrait être assurée par exemple par un animal, ou par tout organe moteur approprié. Dans certains cas, les corps 1 et 31 des installations visibles sur les figures 1 à 4 pourraient être situés un niveau du sol, à proximité de la réserve de liquide à pomper, moyennant la réalisation de quelques modifications dans la longueur des conduites d'aspiration et d'évacuation. Pour être complet, on précisera que les installations de pompage selon l'invention, qui ne comportent aucun organe mécanique de précision avec le liquide pompé, ont l'avantage d'être parfaitement fiables , même si elles sont utilisées pour pomper des liquides chargés de suspensions ou de boues. Leurs chambres pourraient bien entendu être pourvues de bouchons de vidange et de lavage pour permettre leur nettoyage au cas où des éléments s'y déposeraient. REVENDICATIONS 1 . Installation de pompage pour puiser un liquide tel que de l'eau, caractérisée en ce qu'elle comprend deux chambres indépendantes(3 a, 3 b; 32 a 32 b; remplies de liquide et communiquant chacune avec une réserve de liquide lors de l'ouverture d'un clapet d'admission(6 a, 6 b; 35 a, 35 b) ainsi qu'avec une conduite d'évacuation du liquide (t3; 37; 52) lors de l'ouverture d'un clapet de refoulement (9a, 9b; 38 a, 38 b )deux compartiments déformables 10 a, 10 b; 39 a,39 b ) situés chacun dans une chambre, ces compartiments communiquant entre eux et contenant une quantité de fluide incompressible telle que le volume de 1' un peut diminuer lorsque celui de l'autre augmente et vice versa et des moyens de liaison ( 21 a, 21 b; 43 a, 43 b; 51 a, 51 b; 72 a, 72 b ) reliant les compartiments déformables à des organes de commande ( 18 a, 18 b; 45 a,45 b; 56; 9 ) prévus à l'extérieur des chambres pour faire varier le volume des compartiments en sens inverse. 2 . Installation de pompage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux compartiments déformables (10 a, 10 b ) sont constitués par deux vérins souples du type à anneaux,fixés verticalement à la partie supérieure des chambres ( 3 a, 3 b ) et comportant chacun une tige (12 a, 12b) reliant leur extrêmité inférieure aux moyens de liaison ( 21 a, 21 b ). 3 . Installation de pompage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux compartiments déformables ( 39 a, 39 b ) sont constitués par deux poches allongées fixées contre la paroi latérale des chambres (32 a, 32 b ) et contre lesquelles sont appliquées deux barres de pression verticales ( 41 a, 41 b ) reliées par leur extrêmité supérieure aux moyens de liaison ( 43 a, 43 b ). 4 . Installation de pompage selon la revendication 3, caractérisée en ce que les barres de pression ( 41 a, 41 b ) sont articulées horizontalement sur des bielles ( 42 a, 42 b ), elles-mêmes articulées horizontalement sur la paroi latérale des chambres ( 32 a, 32 b ),ces bielles étant inclinées vers le bas en direction de la barre de pression à laquelle elles sont reliées. 5 . Installation de pompage selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisée en ce que les moyens de liaison (21 a, 21 b; 43 a, 43 b; 51 a, 51 b; 72 a, 72 b ) sont constitués par des éléments flexibles tels que des chaînes ou des cables. 6 . Installation de pompage selon l'une quelconque des renvendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de liaison ( 43 a, 43 b; 51 a, 51 b ) s'étendent au moins en partie dans la conduite d'évacuation du liquide ( 37; 52 ). 7 . Installation de pompage selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisée en ce que les organes de commande ( 18 a, 18 b; 45 a, 45 b ) sont constitués par deux leviers opposés calés sur une tige horizontale montée pivotante sur un bâti ( 14; 46 ) et auxquels les moyens de liaison ( 21 a, 21 b; 43 a, 43 b ) sont accrochés. 8. Installation de pompage selon l'une quelconque des revendIcations 1 à 6 , caractérisée en ce que les organes de commande sont constitués par un volant vertical ( 56 ) monté rotatif sur un bâti ( 55 ) et qui est solidaire en rotation d'un premier plateau ( 58 ) relié par une bielle ( 59 ) à un second plateau ( 60 ) susceptible d'osciller sur le bâti entre deux posi tions extrêmes, les moyens de liaison ( 51 a, 51 b ) étant accrochés au se cond plateau en deux points diamétralement opposés. 9. Installation de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 , caractérisée en ce que les organes de commande sont constitués par un disque horizontal (77) portant une came périphérique ( 76 ) avec laquelle coopère un galet vertical ( 75 ) monté rotatif à l'une des extrêmités d'un bras ( 74 ) dont l'autre extrêmité est solidaire d'une poulie verticale (73), sur laquelle les moyens de liaison ( 72 a, 72 b ) prennent appui. 10. Installation de pompage selon la revendication 9, caractérisée en ce que le disque horizontal ( 77 ) est solidaire en rotation d'un arbre vertical (78 ) dont l'extremité supérieure, plus haute que la poulie ( 73 ) porte un bras radial de manoeuvre(79).