Brevet FR2584459A1 — publié le 19870109

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE ELECTROPOMPE, SUBMERSIBLE ET IMMERGEE DANS UNE CUVE OU SIMILAIRE CONTENANT UN LIQUIDE, EN FONCTION DU NIVEAU DU LIQUIDE DANS CETTE CUVE ET ELECTROPOMPE EQUIPEE DE CE DISPOSITIF La présente invention a pour objet un dispositif de commande d'une électropompe, submersible et immergée dans une cuve ou similaire contenant un liquide, en fonction du niveau du liquide contenu dans cette cuve et une électropompe équipée de ce dispositif. Ce dispositif est destiné à mettre la pompe en marche lorsque le niveau du liquide dépasse un niveau prédéterminé et à l'arrêter lorsque ce niveau descend au-dessous d'un niveau également prédéterminé. Les dispositifs de ce type, habituellement utilisés sur ce genre de pompe, sont généralement basés sur un système à flotteur, de type flotteur fixé sur un levier pivotant relié à la pompe ou cloche flotteur entourant le corps de pompe, dans lequel le flotteur est apte à se déplacer et à venir ouvrir ou fermer le circuit d'alimentation de la pompe. I1 existe également des systèmes de commande à membrane fonctionnant grâce aux variations de pression induites par la montée du liquide dans la cuve. Tous ces dispositifs utilisent soit le déplacement, soit la défor- mation d'un organe (flotteur ou membrane); ils sont donc tributaires de mouvements mécaniques (notamment dans le cas des flotteurs) ou de flexions des élastomères (dans le cas des membranes) et sont, par conséquent, sousmis à un phénomène d'usure pouvant entraîner des blocages ou ruptures de certains organes de ces dispositifs et, par conséquent, des pannes de fonctionnement. En outre, les dispositifs à flotteurs sont particulièrement encombrants et les dispositifs à membrane sont très fragiles. Il est également connu, pour repérer le niveau de liquide à l'intérieur d'une cuve, d'utiliser des détecteurs de niveau fixés sur celleci, cependant, dans le cas d'une pompe submersible destinée à être immergée dans la cuve et donc à être plus ou moins recouverte par le liquide contenu dans celle-ci, il se pose le problème de liaison et d'adaptation de ces détecteurs de niveau au dispositif de commande de la pompe. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et de fournir un dispositif de commande d'une pompe submersible qui puisse être intégré à celle-ci, qui soit particulièrement fiable et qui ne soit notamment pas tributaire du déplacement ou de la déformation d'un organe, tout en nécessitant un encombrement minimum. Ce but est atteint en ce que le dispositif de commande selon l'invention comprend au moins un capteur de détection du niveau de liquide fixé directement sur l'enveloppe extérieure de la pompe à I'exté- rieur de celle-ci, et en ce que chaque capteur est relié à un dispositif de commutation de la pompe placé à l'intérieur de celle-ci et est apte à actionner ce dispositif de commutation lorsque le liquide atteint ce capteur. Avantageusement, le dispositif de commande comprend deux capteurs de détection du niveau de liquide, un capteur de niveau haut et un capteur de niveau bas, le capteur de niveau haut étant apte à déclencher la mise en route de la pompe, lorsqu'il est atteint par le liquide et le capteur de niveau bas étant apte à arrêter la pompe, lorsqu'il est atteint par le liquide. Dans ce cas, le capteur de niveau bas est également conçu de façon à autoriser la mise en marche de la pompe, lorsqu'il est dépassé par le liquide, de façon que celle-ci ne puisse être réalisée que si le capteur de niveau bas a déjà été dépassé. Cette disposition permet d'éviter des déclenchements intempestifs de la pompe dus par exemple à un déclenchement accidentel du capteur de niveau haut, alors que le capteur de niveau bas n'a pas été atteint. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, chaque capteur de niveau est formé par deux électrodes aptes à être mises en contact l'une avec l'autre lorsque le liquide atteint un niveau haut ou bas prédéterminé, la mise en contact de ces deux électrodes étant apte à provoquer la commutation du dispositif de commutation associé pour la mise en marche ou l'arrêt de la pompe. Dans ce cas, une électrode de chaque capteur est formée par l'enveloppe métallique de la pompe, ce qui permet de n'avoir au total que trois électrodes et d'avoir une électrode de référence commune pour les deux capteurs. De toute façon, l'invention sera bien comprise et d'autres caractéristiques seront mises en évidence à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférée de ce dispositif de commande - Figure 1 est une vue schématique d'une électropompe submersible équipée de ce dispositif et immergée dans une cuve, le liquide étant au niveau bas; - Figure 2 est une vue similaire à figure 1, le liquide étant au niveau haut; - Figure 3 est, à échelle agrandie, une vue de détail en coupe d'une électrode ; - Figure 4 est une vue du schéma électrique du dispositif de commutation. Les figures 1 et 2 montrent un exemple de pompe submersible (1) équipée du dispositif de commande automatique (2) selon l'invention et disposée à l'intérieur d'une cuve (3) contenant un liquide (4) conducteur comme, par exemple, de l'eau. La pompe submersible (1) comprend un corps de pompe métallique (5) à l'intérieur duquel est logée une turbine (6). Ce corps de pompe (5) présente à sa partie inférieure une ouverture (7) pour l'admission du liquide de pompage, qui est refoulé par la turbine (6) dans une tuyauterie de refoulement (8). La turbine (6) est entraînée directement par un moteur électrique (10) sur l'arbre de sortie duquel elle est calée. Ce moteur (10) est logé à l'intérieur d'une enveloppe métallique (11) fixée directement sur le corps de pompe (5). La mise en route et/ou l'arrêt du moteur électrique (10) sont réalisés à l'aide du dispositif de commande automatique selon l'invention. Ce dispositif de commande comprend un dispositif de commutation (12), monté directement sur le moteur (10) et apte à provoquer ou à couper l'alimentation du moteur. Ce dispositif de commutation (12) est relié au réseau électrique par un câble (13) et au moteur par un câble (14). Il est, en outre, relié au moyen de fils respectivement (25,26,27) à deux électrodes respectivement de niveau bas (15) et de niveau haut (16) ainsi qu'à l'enveloppe métallique (11) du moteur, cette dernière étant elle-même reliée à la masse et formant une troisième électrode de référence. La figure 3 montre, de façon plus détaillée, la construction de chaque électrode (15,16). Chaque électrode (15,16) est montée à l'intérieur d'un boîtier (17) ayant essentiellement la forme d'un tube cylindrique ouvert aux deux extrémités. Ce boîtier est vissé par une extrémité dans la paroi de l'enveloppe métallique (11) du moteur, son autre extrémité étant fermée par un couvercle (18). Un joint torique (19) interposé entre ce boîtier (17) et son couvercle (18) assure l'étanchéité entre ceux-ci. Un axe métallique (20) est monté à l'intérieur du boîtier (17), de façon à faire saillie à l'intérieur de l'enveloppe (11). Un manchon en caoutchouc ou similaire (21) disposé autour d'une extrémité de l'axe (20 > assure l'étanchéité entre cet axe (20) et le boîtier tel7), ainsi que l'isolation électrique entre ces deux éléments. De même, un autre manchon (28) en caoutchouc ou similaire assure l'isolation thermique entre l'autre extrémité de ltaxe (20) et le couvercle (18) du boîtier. L'axe (20) est donc, de cette façon, totalement isolé électriquement du boîtier (17) et de l'enveloppe (11) sur laquelle il est fixé. Le fil de raccordement (25,26) au dispositif (12) de l'électrode respectivement (15,16) est fixé sur l'extrémité de l'axe (20) faisant saillie à l'intérieur de l'enveloppe (11) et l'électrode (15,16) est fixée à l'autre extrémité de cet axe (20) au moyen d'une vis (22). Cette électrode (15,16) est fixée de façon à faire saillie verticalement vers le bas par rapport au boîtier (17). Un tube (23) vertical emmanché dans le boîtier (17)) entoure chaque électrode (15,16) sans la toucher. Ce tube (23) est percé latéralement de deux trous (29t diamétralement opposés dont le rôle sera expliqué plus loin. Le dispositif de commande automatique de la pompe est conçu de façon à fonctionner de la façon suivante: - lorsque le niveau du liquide (4) dans la cuve monte et atteint l'électrode de niveau bas (15) tCf. Figure 1), il établit le contact entre celle-ci et l'enveloppe métallique (11) du moteur, de sorte que l'électrode de niveau bas (15) est mise à la masse, c'est-à-dire à un potentiel nul. Le dispositif de commutation (12) est prévu de façon que cette mise à la masse de l'électrode (15) autorise la mise en marche du moteur électrique sans toutefois la provoquer ; - lorsque le niveau du liquide (4) dans la cuve monte encore et atteint l'électrode de niveau haut (16) (Cf. Figure 2), celle-ci est également mise en contact avec l'enveloppe métallique (11) et donc à un potentiel nul. Le dispositif de commutation (12) est prévu de façon que la mise à la masse de cette électrode (16) provoque la mise en marche du moteur électrique, seulement dans le cas où cette mise en marche a déjà été autorisée par la mise à la masse de l'électrode de niveau bas (15). Cette disposition permet d'éviter des déclenchements intempestifs de la pompe dus, par exemple, à un contact accidentel de l'électrode de niveau haut (16) avec l'enveloppe (11) du moteur alors que le niveau du liquide se trouve en-dessous de l'électrode de niveau bas (15), et constitue donc une sécurité supplémentaire. De même, le circuit du dispositif de commutation (12) est prévu de façon que la pompe continue à tourner lorsque le niveau du liquide dans la cuve redescend au-dessous du niveau haut, et de façon à ne commander l'arrêt de celle-ci que lorsque le niveau du liquide est descendu au-dessous du niveau bas. La conception et le montage des électrodes (15,16) permettent d'éviter qu'il ne se produise un contact intempestif entre l'une d'entre elles et l'enveloppe métallique (11) lorsque le niveau du liquide est redescendu au-dessous de cette électrode, sous l'effet d'une humidité ou de gouttes de liquide résiduelles sur cette électrode. En effet, dans le tube (23) contenant l'électrode (15,16) est emprisonnée une certaine quantité d'air. Lorsque le niveau du liquide dans la cuve monte et commence à pénétrer dans le tube (23) associé à une des électrodes (15,16), il comprime l'air contenu à l'intérieur de ce tube (23), une certaine partie de cet air est alors évacuée à l'extérieur par les orifices (29), mais le reste de l'air reste comprimé à la partie supérieure du tube (23) et à l'intérieur du boîtier (17) en créant ainsi une zone d'air permettant de conserver l'isolation électrique entre l'électrode (15,16) contenue dans ce boîtier (17) et le boîtier (17) luimême. De cette façon, le contact entre chaque électrode (15,16) et l'enveloppe (11) est réalisé exclusivement par le biais du liquide et non par le biais du boîtier (17) renfermant celle-ci. Cette disposition permet d'éviter qu'il n'y ait contact entre chaque électrode (15,16) et son boîtier (17), du fait d'une humidité résiduelle entre ceux-ci, et par conséquent, entre chaque électrode (15,16) et l'enveloppe métallique (11), une fois que le liquide est redescendu. Les trous (29) qui sont disposés sur le tube (23) au niveau de l'extrémité inférieure de chaque électrode (15,16) permettent, en outre, lorsque le niveau de liquide redescend, la pénétration de l'air à l'intérieur de la partie inférieure du tube (23) qui a été remplie de liquide. Cet air pénétrant à l'intérieur du tube (23) va chasser le liquide qui aurait tendance à rester à l'intérieur de celui-ci, et va notamment éliminer toute formation de "goutte" entre l'électrode (15,16) et la paroi de tube (23) adjacente, formation qui entraînerait le contact électrique de cette électrode (15,16) avec le tube (23), le boîtier (17) et, par conséquent, l'enveloppe (11). Ces deux dispositions permettent donc de garantir, d'une façon très simple, une bonne isolation électrique de chaque électrode (15,16) par rapport à la paroi (11) de la pompe lorsque le niveau du liquide est en-dessous de cette électrode. La figure 4 montre un exemple de réalisation du dispositif de commutation (12) permettant de mettre en route et d'arrêter le moteur (10) de la pompe de la façon décrite précédemment. Le circuit électrique de ce dispositif peut être décomposé en deux circuits isolés galvaniquement l'un de l'autre : un premier circuit détecteur (30) à basse tension (7 V) et un second circuit de commande (40) alimenté en courant alternatif par une source de tension (41). Le couplage de ces deux circuits avec isolation galvanique est réalisé à l'aide d'un photocoupleur (50) formé d'une diode électroluminescente (51) montée sur le premier circuit (30) et d'un autre composant opto-électronique, en l'occurence un triac (52), monté sur le second circuit (40). Le circuit de commande (40) comprend le moteur (10) de la pompe sur l'alimentation duquel est intercalé un triac (42) dont la gachette (43) est alimentée par le courant provenant du triac (52). L'état passant ou non-passant de ce triac (52) et, par conséquent, la mise en marche ou l'arrêt du moteur seront donc provoqués par les variations du courant issu du triac (52), ces variations étant transmises par le circuit de détection (30) par le biais du photocoupleur (50). Le circuit de commande (40) comprend également, de façon connue en soi, une capacité de découplage (44) et deux diodes Zener (45) pour la protection du triac (42) contre les surtensions. Le circuit détecteur (30) est formé essentiellement par les trois électrodes (15,16,11) et par quatre portes logiques NON-ET dites "NAND" respectivement (31,32,33,34). Une entrée de la première porte NAND (31) est raccordée à une source de tension positive et est donc constamment au niveau 1. L'autre entrée de cette porte NAND (31) est raccordée à la fois à une tension positive et à l'électrode de niveau bas (15), de sorte qu'elle est normalement au niveau 1 et que, par conséquent, la sortie de cette porte NAND est normalement à l'état O. Par contre, lorsque l'électrode (15) est mise en contact avec l'électrode (11), c'est-à-dire l'enveloppe du moteur, qui est à la terre, cette seconde entrée de la porte NAND (31) est mise au niveau O, de sorte que la sortie de la porte NAND passe à 1. La seconde porte NAND (32) a de même que la porte (31) une entrée reliée à la fois à l'électrode de niveau haut (16) et à une tension positive de sorte qu'elle est à un niveau 1 sauf lorsque l'électrode (16) est mise en contact avec l'électrode (11). L'autre entrée de cette porte NAND (32) est formée par la sortie de la porte NAND (33). Les deux entrées de cette troisième porte NAND (33) sont constituées par les sorties des deux premières portes NAND (31,32). La quatrième porte NAND (34) sert, en fait, d'inverseur, puisque ses deux entrées sont reliées à la sortie de la porte (33). Cette porte NAND (34) est, en outre, reliée à un transistor (35), lui-même relié à la diode (51) du photocoupleur (50). De cette façon, un courant n'est transmis à la gachette du triac (42) par le biais du photocouplage (50) que lorsque la sortie de la porte NAND (33) est au niveau O, c'est-à-dire lorsque ses deux entrées sont au niveau 1. Lorsque le niveau du liquide atteint l'électrode de niveau bas (15), la sortie de la porte NAND associée (31) passe à 1, ainsi qu'il l'a déjà été expliqué précédemment, de sorte que la première entrée de la porte (33) passe également au niveau 1, ce qui autorise la mise en marche du moteur (12), dès que l'électrode (16) sera atteinte par le liquide puisqu'à ce moment la seconde entrée de la porte (33) passera également à 1. On voit bien que dans ces conditions le moteur (12) ne sera mis en marche que lorsque les deux électrodes (15 et 16) seront mises en contact avec l'enveloppe métallique (11) par le biais du liquide. Inversement, lorsque le niveau du liquide redescend et passe au-dessous du niveau haut détecté par l'électrode (16), l'entrée associée à cette électrode (16) de la porte (32) passe à I, cependant comme l'autre entrée de cette porte (32) est formée par la sortie de la porte (33) qui est à 0, la sortie de cette porte (32) sera toujours égale à 1 et l'alimentation du moteur (12) ne sera pas coupée. La réinjection de la sortie de la porte (33) sur l'entrée de la porte (32) permet donc un effet de "mémorisation" de l'ordre de mise en marche du moteur (12). Lorsque le niveau du liquide descend au-dessous de l'électrode de niveau bas (15), la sortie de la porte (31) passe à 0, puisque ses deux entrées sont alors égales à 1, et le moteur (12) est donc arrêté puisque les deux entrées de la porte (33) ne sont plus égales à 1. On peut noter que le dispositif de commande selon l'invention est particulièrement fiable puisque la mise en route et l'arrêt de la pompe ne sont pas provoqués par le déplacement ou la déformation d'un organe comme dans les dispositifs connus jusqu'à présent. Les expérimentations ont d'ailleurs montré qu'avec ce dispositif de commande plus de 500 000 déclenchements (mise en marche/arrêt) peuvent être obtenus alors que les systèmes classiques à flotteurs par exemple tombent généralement en panne au bout de 20 000 à 50 000 déclenchements. Bien entendu, le dispositif selon l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation montrée ici à titre d'exemple non limitatif; il pourrait être réalisé de toute autre façon sans que l'on sorte pour autant du cadre de la présente invention. C'est ainsi que, par exemple, l'isolation galvanique entre les deux parties (30,40) du circuit de commande pourrait être réalisée à l'aide d'un ou plusieurs - transformateurs ou que le triac (42) pourrait être remplacé par un simple relais électromagnétique. De même, les capteurs de niveau pourraient être formés par des capteurs autres que résistifs sans que l'on sorte du cadre de la présente invention. - REVENDICATIONS 1- Dispositif de commande d'une électropompe submersible (1) immergée dans une cuve ou similaire (3) contenant un liquide (4) en fonction du niveau de ce liquide dans cette cuve (3), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de détection (11,15,16) du niveau de liquide (4), fixé directement sur l'enveloppe extérieure (11) de la pompe (1) à l'extérieur de celle-ci et en ce que chaque capteur est relié à un dispositif de commutation (12) de la pompe placé à l'intérieur de celle-ci et est apte à actionner ce dispositif de commutation (12) lorsque le liquide (4) atteint ce capteur. 2- Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux capteurs (15,11 ; 16,11) de détection du niveau de liquide (4), un capteur (15,11) de niveau haut et un capteur de niveau bas (15,11), le capteur de niveau haut étant apte à déclencher la mise en route de la pompe lorsqu'il est atteint par le liquide et le capteur de niveau bas étant apte à arrêter la pompe (1) lorsqu'il est atteint par le liquide. 3- Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur de niveau bas (15,11) est apte à autoriser la mise en marche de la pompe lorsqu'il est dépassé par le liquide, de façon que celle-ci ne puisse être réalisée que si le capteur de niveau bas a été dépassé. 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque capteur de niveau est formé par deux électrodes (15,11 ; 16,11) aptes à être mises en contact l'une avec l'autre lorsque le liquide (4) atteint un niveau haut ou bas prédéterminé, la mise en contact de ces deux électrodes respectivement (15,11 ; 16,11) étant apte à provoquer la commutation du dispositif de commutation (12) associé pour la mise en marche ou l'arrêt de la pompe (1). 5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une électrode de chaque capteur (15,11,16,11) est formée par l'enveloppe métallique (11) de la pompe. 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrode (11) est reliée à la masse. 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de commutation (12) est formé d'un premier circuit détecteur (30) à basse tension, et d'un second circuit de commande (40) alimenté en courant alternatif par une source de tension (41), ces deux circuits étant isolés galvaniquement l'un de l'autre. 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que chaque électrode (15,16) s'étend sensiblement verticalement et est fixée sur un axe (20) sensiblement horizontal qui traverse de façon étanche et avec isolation électrique la paroi de l'enve- loppe (11) de la pompe et qui est relié par un fil (25,26) au dispositif de commutation (12). 9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque électrode (15,16) est montée à l'intérieur d'un tube (23) s'étendant sensiblement verticalement et par rapport auquel elle est isolée électriquement. 10- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins un trou (29) est ménagé à proximité de i'extrémité inférieure du tube (23). 11- Electropompe submersible équipée du dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes.