Brevet FR2567205A1 — publié le 19860110

variation produit une variation de volume et un déplacement du La présente invention concerne une pompe volumétrique utilisable pour pomper l'eau de puits ou de forages profonds. Elle comporte un mécanisme de surface qui commande hydrauliqu- ement un mécanisme de fond par le déplacement alternatif d'un liquide qui peut ètre un petit volume de l'eau pompéeeLe mécanisme de surface comporte une capacité de volume variable; cette mécanisme de fond.T'eau "motrice"subit un déplacement alterna- tif dans la conduite d'eau motricessauf légères fuites éventuw tuelles c'est la m8me eau qui monte et descend par les les successifs.L'eau Upompée est aspirée dans le mécanisme da fond puis refoulée de ce mécanisme vers la surf2ce.Le mouvement de cette eau pompée est discontinu,mais de sens constanteelle est poussée vers le haut pendant une partie du cycle complet. Par une disposition particulière du mécanisme de fond le volume d'eau déplacé,ou plus exactement la variation du volume conte- nant l'eau motrice est moindre(2 a 4 fois moins) que le volume d'eau déplacée (eau pompée)pendant la m8me partie du cycles D'autre part,dans tous les mécanismes hydrauliques de pompage à simple effet l'eau motrice est facilement poussée vers le, bas par la compression provoquée par le mécanisme de surface mais dans le cas des pompes profondes cette eau motrice ne peut monter pour revenir en position initiale que sous l'effet d'une force appliquée au bas de la colonne d'eau(par ressort ou par contrepoids)Dans notre mécanisme le travail a fournir pour le retour en position initiale est divisé par 2 ou 3;;celà permet de réduire -les dimensions et la fatigue des ressorts de rappel et procure une longue durée de marche sans démontage et une économie d'entretienO , La disposition du mécanisme de fond facilite la réalisation d' un mécanisme de surface donnant un débit variable automatlque- ment selon la profondeur,c'est à dire qu'une même pompe peut fo,nctiouner,par exemple pour toutes profondeurs entre 30 et 50 mètres,avec un effort variant trés peu,et fournir 1000 litres à l'heure à 30 metres et 650 litres à l'heure à 50 mètres0 L'ensemble des dispositions du brevet procure une accélération de la montée de l'eau motrice pour son retour en position initiale et réduit également les pertes d'énergie pouvant résulter des frottement et de l'hystérésis et permet d'obtenir un plus grand débit pour le même travail fourni. La Fig.1 de la PLANCHE1/2 représente un mécanisme de surface â mouvement verticalsle réservoir d'eau pompée(1) a son bec d'écoulement situé à la partie supérieure,ce qui maintient le niveau du liquide aux 2/3 environ de la hauteur de ce réservoir(1) dans lequel se déplace une masse cylindrique (3)solidaire de la poignée horizontale (4).Cette masse et la poignée déplacent le piston moteur (5) par la tige (6) qui le surmonte et qui en est solidaire.Cette tige (6) coulisse librement dans un alésage de a masse (3).Un disque (7) surmonte la tige (6) et en est solidaire;;il s'appuie sur un épaulement intérieur de la masse(3).Quand la poignée (4) et la masse (3) sont déplacées vers le haut la tige (6) et le piston (5) sont "tirées1, par le disque(7) qui appuie sur l'épaulement de (3).Un ressort(8) placé autour de la tige (6) est comprimé entre la masse (3) et le piston moteur (5).Quand la poignée et la masse sont déplacées vers le bas le piston moteur (5)est repoussé vers le bas dès que le ressort est suffisamment comprimé pour pouvoir déplacer le piston moteur supérieur malgré la résistance dépendant de la profondeur.. L'effort exercé par la masse (3) sur le ressort dépend lui m8me de l'inertie accumulée par la masse et de la poussée q exercée sur la poignée et (4). Le piston (5)comprime l'eau mot- rice dans la capacité motrice ; dans la figure ce piston (5) est un piston plongeur et les garnitures,non représentées,sont placées à la partie supérieure de de passage d'eau motrice est à la base de cette capacité. La Fig.2 de la planche 1/2 représente un mécanisme de fond, ou "mécanisme inférieur"avec ressort de compression.Ce ressort 9)est placé à la partie supérieure du mécanisme et il appuie sur le piston de pompage (10).L'eau pompée est aspiréeXà la base du mécanisme,par l'orifice inférieur et le clapet d'aspiration (11) .Cette eau pompée circule dans le passage annulaire (12) ménagé entre l'extérieur de la capacité d'eau motrice (13)et l'intérieur de l'enveloppe (14) du mécanisme. Cette eau pompée passe ensuite par l'orifice et le clapet de non-retour du piston de pompage (10).Le piston moteur inférieur (15)est un piston plongeur;il est solidaire du piston (10) et coaxial avec (10).le clapet de non retour (16) du piston(10) est vissé dans l'orifice central de (10) et logé - à l'intérieur du ressort (9).L'eau pompée sort du mécanisme de fond par l'orifice supérieure La Fig.3 de la planche 1/2 représente schématiquement un mécanisme de surface à mouvement angulaire ou à mouvement circulaire continu.Une manivelle actionne en (17)la partie supérieure de la bielle (18);cette bielle déplace,vers le haut,et vers le bas,la partie centrale de la membrane (19)o L'emploi de la membrane simplifie le mécanisme, la souplesse de la membrane permettant les mouvements d'oscillation et les déplacements angulaires de la partie inférieure de jazzlabielle et supprimant la necessité de guidage de la partie inférieure de cette bielle (18). La Fig.4,Planche 1/2 représente un mécanisme de fond a longue course,dont le rappel est assuré par la longue course d'un "sandow" ou d'une corde de caoutchouc et dont la "butés de fin de course" et le démarrage avec effet de '2lancement08 par inertie sont assurés par un ressort métallique produisant une grande variation d'effort en une faible course.Dans le cas dE une commande rotative imposant une course et un travail mot eur sensiblements constants cette disposition permet de eétu- pérer l'inertie des masses solides et liquides en mouvement9 et d'absorber puis de restituer une partie importante de 15 énergie disponible 9 et de réduire les chocs et les "coups de bélier".TQus les éléments (9) à (16)sont analogues à ceux de la Fig.2;le sandow ou corde caoutchouc(20)est attaché en (21) à la base de la capacité(13),et attaché en (225au piston plon- geur,soit à la base de ce piston,s'il est plein, soit à l'in- térieur Si le piston est creux ; cette dernière disposition permet de réduire la hauteur du mécanisme de Fond. La Fig.5de la planche 2/2 est une coupe d'un mécanisme de fond analogue à celui de la Fig.4, mais dont la circulation de l'eau motrice se fait,depuis l'orifice (23)de la capacité té (13)dans l'espace annulaire(24), jusqu'à l'orifice de sor- tie d'eau motrice (25),à la partie supérieure du mécanisme de fond.Une pièce centrale (26)joue le role d'entretoise et de distributeur entre les différents éléments et les circuits de ce mécanisme de fond.les cuirs ou garnitures du piston pom- page (27)ne sont pas représentés; ;ce piston de pompage Joue également le role de bouchon ou de chapeau du piston plongeur tubulaire (15).L'eau pompée est aspirée par l'orifice(11) du- du bouchon(28)vissé dans le tube (29).Ce tube (29)constitue la partie inférieure de l'enveloppe(14)du mécanisme de pom page;;entre(29) et(14)est interposé la pièce centrale (26) qui permetsà la fois la communication entre les capacités limitées par (29) et(14),contenant l'eau pompéeset la circulation de l'eau motrice (ou du liquide moteur),séparé de 1' eau pompée.Cette "eau motrice" circule-dans l'espace annulaire (24),entre la paroi extérieure du tube (14) et la paroi intérieure du tube (30)vissé 8 L la partie inférieure de la pièce centrale (26).Un clapet de non-retourXnon représenté, est vissé dans l'orifice (11).Â la partie inférieure de ce clapet sera vissé le tube d'aspiration d'une longueur moindre que 2 mètres;;un clapet-crépine sera placé à la base du tube d'aspiration.Ce clapet-crépine pourra comporter un dispositif de "fermeture temporiséeWpermettant l'évacuation des boues ou du sable aussitbt aprés l'interruption du pompage.Le piston plongeur(15)est tubulaire;l'attache (22)de la partie supérieure du"sandow"(20)se fait dans la partie inférieure du piston (27);cette partie inférieure toue également le r8;;Le de chapeau et de fermeture du piston tubulaire,détå signalé, et de canal de passage de l'eau pompée venant de l'orifice (11) et remontant,par l'orifice (31),au centre de ce piston (27) jusqu'à l'orifice (32),de sortie d'-éau pompée.Cet orifice (32)est placé,parallèlement à l'orifice (25),dans le bouchon (33) fermant la partie supérieure du mécanisme de tond.Un clapet 'santi-retour est vissé dans l'orifice(51) du centre du piston (27).Un ressort ,analogue- au ressort (9),trés court, comportant seulement 5 à 6 spires peut être placé et fixé sur le piston (1O),reposant au dessus du plateau(27);;ce ressort,non I représenté,monterait et descendrait avec le piston et viendr ait buter,en fin de course haute,dans le bouchon(33),contre un épaulement ou une pièce d'appui disposés dans ce bouchon le piston tubulaire (15) et le cylindre-enveloppe (14)sont coaxiaux et doivent le demeurer dans leur déplacement,durant le pompage;pour assurer leur guidage,et réduire l'usure et le frottement,des bagues de guidages(34) pour le piston tubulaire et (35)pour le piston de pompage,sont montées,respectivement, dans la pièce centrale (26),et gur l-support de piston (27). Pour assurer la stabilité du centrage coaxial et éviter tout flottement quatre barbettes (36)maintiennent le centrage entre... entre le tube(29)et le tube enveloppe de la capacité d'eau motrice (13);la section C montre la disposition de ces bar- rettes qui font partie du bouchon (28)eLa section B montre la disposition des canaux.(23),d'eau motrice et (37)d'eau pompée,dans la pièce centrale(26);;la demi-section Â montre les nervures qui relient le chapeau à l'orifice(31)du piston on (27)en laissant circuler l'eau pompéeNervures(38)0 La Fig 6 de la planche 2/2 présente une disposition de com mande rotative du mécanisme deesurface à membrane de la Fig 3 Cette disposition combine l'utilisation de la membrane et de la commande rotative avec l'augmentation de l'inertie de deux éléments tournants reliés par des ressorts qui utilisent le décalage angulaire pour récupérer l'inertie en amortissant les chocs.la masse intérieure est liée à la manivelle (17) la masse extérieure est liée à la poulie motrice ou à la poignée de commande rotative.Les ressorts (39)interposés entre la masse intérieure(40) et la masse extérieure(41) permettent de compenser la différence d'accélération entre les mouvements de rotation de (40) et (41). On peut ajouter deux ressorts complémentaires,symétriques par rapport ans 2 pre- miers et améliorer ainsi équilibrage de l'ensemble.Toutes ces dispositions permettent d'accelérer le mouvement de ro- tations,daméliorer le "remplissagen" d'obtenir ladaptation automatique du débit à la profondeur,conformément à l'exposé des lignes 15 à 40 page I à condition de surdimensionner les ressorts prévus Fig 4:le travail à fournir normalement par le ressort est moindre que dans d'awtes dispositionsil suffit de prévoir un ressort fournissant un travail double de celui qui serait necessaire, celà procure une accélération plus grande pour le refoulement de l'eau motrice et évite que les tuyaux soient en"dépression". L'eau motrice remontée apporte une énergie surabondante qui est utilisée sans chocs par le dispositif de masses et de ressorts.Ces dispositions sont particulièrement intéressantes pour la réalisation de pompes à main motorisables ces pompes peuvent ètre commandées à main à petite vitessespar exemple 30 tours-minuteset ètre éventuellement entrainées par moteur à une vitesse 4 ou 5 fois plus grande et donner alors un débit plus important, ou inversement,une pompe à moteur de 3 Cv par exemple peutétre commandée à main sans transformation en cas de panne-moteur. 1EV'IIDTCATT0NS ?.Pompe volumétrique à commande hydraulique comportant un mécanisme de surface et un mécanisme de fond reliés par un tuyau d'eaumotrice et un tuyau d'eau "pompée". Le mécanisme de surface est logé dans un corps contenant le mécanisme moteur "de surface;le mécanisme de fond est logé dans une enveloppe contenant le mécanisme de pompage et le mécanisme moteur "de fond".Cette pompe est caractérisée en ce que le piston de pompage(10)est solidaire du piston moteur (15),en ce que (15)est placé au dessous de (10)et que le diamètre de (15) (piston plongeur) est plus petit que le diamètre de (10),et caractérisée en ce que l'ensemble (10) et (15),poussé vers le haut par la pression de l'eau motrice, redescend ensuite en position initiale par l'effet des deux ressorts (9) et (20),ou par l'effet de l'un de ces ressorts. 2.Pompe selon la revendication 1,caractérisée en ce que le mécanisme de surface comporte un piston en mouvement rectiligne alternatif actionné par une masse munie d'une poignée; cette masse(3)agit sur le piston(5)par l'intermédiaire d'un ressort (8),la course de (5) peut varier selon la hauteur de refoulement. 3.Pompe selon la revendication 1 ,caractérisée en ce que le mécanisme de surface comporte une membrane(19)actionnée par bielle manivelle;l'entrainement de la manivelle(17)est assurée par une masse (40)entrainée élastiquement en rotation par une poulie lestée(41)par l'intermédiaire de ressorts de compression (39). 4.Pompe selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que'une pièce centrale (26)assure l'assemblage du mécanisme de fond,le centrage des éléments et la distribution de l'eau motrice,et caractérisée en ce que cette pièce centrale (26) porte les guides (34) et les garnitures du piston plongeur tubulaire(15).