Brevet FR2543228A1 — publié le 19840928

L'invention a pour objectif d'éliminer les limitations imposées aux pistons utilisés dans des pompes (ou des compresseurs) fonctionnant en mode volumétrique, afin de permettre l'obtention d'une pompe (ou d'un compresseur) ayant un rapport de pression optimal et d'accroître au maximum la section possible d'écoulement à travers un clapet de retenue composé fixé au piston. Le piston permettant d'atteindre les objectifs de l'invention est constitué d'un corps cylindrique qui se déplace dans un autre cylindre, d'une tige qui transmet un mouvement périodique à un obturateur pouvant entrer en contact avec un anneau (ou plusieurs anneaux) par l'intermédiaire d'un siège qui, luiwmdme, peut entrer en contact avec le corps cylindrique par l'intermédiaire d'un autre siège, dans une direction, et qui peut transmettre, par n'importe quel autre procédé, le mouvement de la tige au corps cylindrique dans l'autre direction. Le-piston selon l'invention constitue, avec un clapet de retenue fixé au cylindre dans lequel le piston se déplace, une pompe pouvant astre utilise pour le pompage de fluides très visqueux, contenant ou non des matières solides en suspension. Si un autre clapet de retenue est ainsi fixé au cylindre dans lequel le piston se déplace, de manière que ledit piston se déplace entre les deux clapets de retenue, la pompe le compresseur) est égale- ment capable de pomper des fluides contenant une proportion importante de gaz dissous et/ou de vapeur d'eau. L'invention sera décrite plus en détail, dans son application à une pompe (ou un compresseur), en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe longitudinale schématique des pièces du piston selon l'invention. La figure 1 représente une forme possible de réalisation du piston selon l'invention. Ce piston se déplace à l'intérieur d'un cylindre 1 et il est constitué d'un corps cylindrique 2, d'une tige 3, d'un obturateur 4 et d'un anneau 5. L'obturateur 4, l'anneau 5 et la partie du corps cylindrique 2 contre laquelle l'anneau 5 vient s'appuyer constituent un clapet mobile de retenue 6. Etant donné que le clapet mobile 6 est placé à l'extrémité aspiration du piston, le rapport de pression dans la pompe est optimal. L'espace libre compris entre la tige 3 et la surface intérieure du corps cylindrique 3 constitue le seul facteur limitant la section d'écoulement à travers le piston ; il est donc possible d'obtenir une section d'écoulement optimal à travers le clapet mobile 6 en concevant ce dernier de manière que la section d'écoulement entre l'obturateur 4, l'anneau 5 et le cylindre 1 soit égale à la section d'écoulement comprise entre la tige 3 et la surface intérieure du corps cylindrique 2. Au-deld du fonctionnement du piston, l'invention est présentée dans son application à des pompes dans lesquelles la tige est déplacée dans une direction verticale, comme c'est le cas des pompes souterraines utilisées dans l'industrie du pétrole. Le mode de fonctionnement est valable pour toutes les pompes (ou tous les compresseurs) à fonctionnement volumétrique. Si la tige est déplacée dans une direction autre que verticale, seules, alors, les composantes de la gravité qui agissent dans la direction verticale doiVent etre considérées. Pendant le fonctionnement de la pompe, lorsque la tige 3 commence à descendre de sa position d'élévation extrême, un clapet annulaire 7 de retenue (fixé au cylindre t sur le côté refoulement du piston), utilisé facultative- ment lorsqu'une proportion importante de gaz et/ou de vapeur d'eau est dissoute dans le fluide, est fermé au début afin de supporter les effets de la contre-pression et les effets du poids de la colonne de fluide située audessus du clapet ;; entre temps, le piston descend sous l'action mécanique de la tige 3 aidée par liefet du poids de la colonne de fluide réduite située entre le clapet mobile 6 et le clapet annulaire 7, ou de la totalité de la colonne de fluide lorsque le clapet annulaire 7 n'est pas utilisé, jusqu'à ce que l'accroissement de la pression entre le clapet mobile 6 de retenue et un clapet fixe 8 (fixé au cylindre 1, sur le côté aspiration) et principalement le frottement existant entre le corps cylindrique 2 du piston et le cylindre 1 arrêtent le mouvement du corps cylindrique 2. Lorsque ce dernier est arrêté, l'obturateur 4, qui est fixé à la tige 3, est séparé de son siège situé dans le corps cylindrique 2, par l'effet de la pesanteur et/ou par tout autre moyen lui transmettant le mouvement de descente de la tige 3.Enfin, ce mouvement de descente est transmis au bouton au moyen du corps cylindrique 2, par l'intermédiaire de l'obturateur 4, de l'anneau 5 ou par tout autre moyen. L'ouverture du clapet mobile 6 est forcée, et non due a la différence des pressions. Par conséquent, les fluides pouvant être présents dans le cylindre 1,entre le clapet mobile 6 et le clapet fixe 8, n'ont pas à être comprimés. Lorsque le piston descend, ces fluides s'écoulent à travers le clapet mobile 6 et le corps cylindrique 2. Une fois que le piston atteint sa position de descente extrême et que la tige 3 commence A s'éldver, l'obturateur 4 entre en contact avec son siège situé dans l'anneau 5 et, à présent, les deux s'élèvent, fermant le clapet mobile 6 dès que l'anneau 5 entre en contact avec son siège du corps cylindrique 2. Une fois que le clapet mobile 6 se ferme, le mouvement ascendant est transmis au piston ; toutes ces opérations se produisent lorsque la vitesse relative du fluide sur les deux côtés du clapet est nulle.Lorsque le pistons'élève, une chute de pression s'établit à l'intérieur du cylindre 1, entre le clapet mobile 6 et le clapet fixe 8, jusqu'à ce que cette pression soit inférieure à celle régnant dans un réservoir (tout conteneur ou tout emplacement où se trouvent des fluides), puis ce dernier clapet s'ouvre, permettant I'écoulement des fluides du réservoir vers l'intérieur du cylindre 1.Entre temps, si un clapet annulaire est utilisé et si les proportions de gaz et/ou de vapeur d'eau dans le fluide en valent la peine, le fluide présent à l'intérieur du cylindre, entre le clapet mobile 6 et le clapet annulaire 7, est soumis à une compression jusqu'à ce que la pression régnant dans cette zone devienne supérieure à la contre-pression et supérieure au poids de la colonne de fluide agissant sur le clapet annulaire 7, auquel cas le clapet s'ouvre et permet l'écoulement du fluide. Enfin, lorsque le piston atteint sa position extrême d'élévation et commence à descendre, le clapet fixe 8 se ferme et le cycle de pompage se- répète. Les avantages de la présente invention sont 1. - Avant le commencement du temps d'aspiration du piston, la tige 3 imprime à ce dernier le mouvement à l'obturateur 4, et par conséquent, à l'anneau 5, ces deux éléments étant déplacés jusqu'au siège de l'anneau 5 dans le corps cylindrique 2, et ils commencent à fermer l'ouverture du clapet de retenue. La totalité de cette opération a lieu lorsque la vitesse relative du fluide est nulle sur les deux côtés du clapet de retenue ; par conséquent, les effets de l'érosion du fluide sur les éléments du piston sont pratiquement éliminés. 2. - Etant donné que le clapet mobile de retenue, situé dans le piston,-se ferme avant le commencement de l'aspiration du piston, le volume pompé est pratiquement le volume maximal. 3. - Si le fluide pompé contient une forte proportion de gaz et/ou de vapeur -d1eau, le eait que le clapet mobile de retenue s'ouvre de façon forcée (mécaniquement), et non par suite d'une différence de pression, élimine, dans seulement une course du piston, la possibilité d'un blocage par des gaz et/ou de la vapeur d'eau. 4. - Si la pompe est montée de manière que la tige se déplace dans une direction autre que l'horizontale, il existe le risque d'un dépôt, sur le clapet mobile de retenue, de matières solides en suspension dans le fluide, La position de l'obturateur -4 est telle que l'écoulement de fluide permet de libérer le clapet. 5.. - L'obturateur 4 et l'anneau 5 peuvent être conçus de manière que le clapet mobile présente la section maximale d'écoulement qu'il est possible d'obtenir avec un obturateur de retenue composé, et qu'il offre ainsi des caractéristiques optimales en ce qui concerne la dynamique des fluides. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées au piston décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Piston caractérisé en ce qu'il comporte un clapet mobile (6) de retenue dont l'ouverture et la fermeture sont commandées mécaniquement, ce clapet étant disposé dans l'extrémité du piston la plus proche d'un clapet fixe (7) de retenue, fixé au cylindre (1) dans lequel le piston se déplace. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet mobile est constitué d'un ou plusieurs obturateurs (4) fixés à une ou plusieurs tiges (3), et d'un ou plusieurs anneaux (5), la tige appliquant au piston son mouvement ascendant par l'intermédiaire du ou des obturateurs et du ou des anneaux. 3. Piston selon la revendication 1, caractérisé par la position du clapet mobile de retenue qui permet l'établissement de la pression optimale lorsque le pompage ou la compression a lieu. 4. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la section possible d'écoulement, présentée par le clapet mobile de retenue constitué d'un obturateur composé (A} d 5. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le zen risque de blocage de l'écoulement du fluide par suite de dépôt de matières solides en suspension dans ce fluide est réduit. 6. Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que tout risque de blocage de gaz et/ou de vapeur d'eau est éliminé dans une seule course.