Brevet FR2658870A1 — publié le 19910830

POMPE AUTO-AMORCANTE A VIS SANS FIN ET PROCEDE DE POMPAGE UTILISANT LADITE POMPE La présente invention concerne une pompe auto-amorçante. Le terme "auto-amorçant" signifie que L'on peut créer une dépression ou une succion, de telle sorte que le point de départ puisse etre la pression atmosphérique et qu'on puisse véhiculer des produits liquides ou gazeux, de densité supérieure à la densité de l'air, sur des dénivellations de plusieurs mètres. Les principales pompes auto-amorçantes existantes sont du type dit à engrenages, à clapets, à membranes, péristaltiques ou d'un type plus récent consistant en une pompe qui utilise l'effet de déformation d'un liquide porteur, créant une dépression (voir brevet US-A-4,562,605). L'invention permet, par un autre procédé, de créer, à L'aide d'un porteur quelconque, une succion ou une dépression. Ce procédé consiste à créer une différence de débit entre le porteur dont La quantité d'introduction dans la pompe est inférieure à la quantité d'extraction (voir fig 1, 2, 3). En général, une pompe est destinée à pomper un porteur qui se situe dans une première enceinte, vers une seconde enceinte. Ce flux est appelé "fluide minoritaire". Le procédé peut être obtenu par le fait que la chambre de pompage va en augmentant lorsque L'on se déplace dans le sens du porteur à pomper. Le terme "porteur" désigne un fLuide liquide, gazeux ou pulvérulent. Dans le cas de l'invention, cette variation de volume de la chambre fait qu'une partie du porteur, remplissant la seconde enceinte, est aspirée en sens inverse de la direction du porteur minoritaire. La somme du flux minoritaire et du flux majoritaire constitue le porteur résultant. Le porteur majoritaire provient de la deuxième enceinte 5 consistant en un bac. Un tel genre de pompe fonctionne à condition que la sortie de la pompe soit immergée dans le porteur contenu dans la deuxième enceinte. Du fait de la variation de ta chambre de pompage, une partie du porteur, contenue dans la deuxième enceinte, est aspirée dans la chambre de pompage, selon un sens inverse de ce lui du porteur minoritaire, jusqu'au niveau de la chambre de pompage du porteur minoritaire venant de la première enceinte, si bien que le porteur minoritaire est mélangé au porteur majoritaire. Dans le cas où le porteur de la deuxième enceinte est constitué par un liquide, le porteur, compris entre la chambre de pompage et la première enceinte, est constitué de gaz, alors que le porteur résultant est constitué d'un mélange de liquide et de bulles de gaz. Il en résulte que, très rapidement, cette partie gazeuse est chassée dans la deuxième enceinte, créant, dans La pompe d'entrée, une dépression qui aspire le produit liquide de la première enceinte. A partir de ce moment, le porteur minoritaire est liquide. La pompe fonctionne, également, lorsque la deuxième enceinte est remplie de gaz et que la première enceinte est remplie d'un gaz à pomper ou d'un liquide à pomper. Cette variation de la chambre peut être obtenue a) - dans une vis sans fin à pas variable dont L'âme centrale peut être linéaire ou conique, b) - dans une vis sans fin à pas constant dont la partie centra le peut être linéaire ou conique. Les paramètres de variation de pas de vis, de conicité (linéaire, concave, convexe, en escalier ou de forme indéterminée) influencent le rendement de la pompe. Ce principe de fonctionnement est que le volume d'entrée de la chambre de pompage du produit porteur est inférieur au volume de sortie de la chambre de pompage. Quel que soit le diamètre, la longueur, le pas de la vis, l'angle du cône, ces paramètres n'interviennent que pour l'obtention de rendements différents (différence de valeur de succion ou de dépression, différence de débit). Le principe de fonctionnement demeure si le pas de la vis est à droite ou à gauche. Le principe de fonctionnement est basé sur le fait que la rotation de la vis qui, à compter d'une certaine vitesse refoule le porteur majoritaire pLus rapidement qu'elle ne l'introduit à l'intérieur de la vis, crée ainsi une dépression (cette vitesse de rotation minimum sera dénommée "vitesse d'amorçage"), permettant ainsi l'aspiration d'un produit porteur minoritaire. Une fois La vitesse d'amorçage atteinte, le débit du porteur minoritaire augmente suivant une fonction, en rapport avec l'augmentation de la vitesse de rotation de la vis. Cette pompe ne peut fonctionner qu'avec un produit primaire porteur. La partie, entraînant la rotation de la vis, peut être un moteur électrique, une turbine hydraulique, une turbine pneumatique ou tout autre système entraînant la rotation d'un axe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description et des exemples de réalisation suivants, faits en référence aux dessins annexés sur lesquels - la fig. 1 est une coupe verticale de la partie pompe représentée schématiquement pour en expliquer Le fonctionnement, - les fig. 2 et 3 sont des coupes verticales représentant des réalisations pratiques de la pompe, non limitatives, données simplement à titre d'exemples, - la fig. 4 est une coupe verticale prise à partir de la fig. 1 d'un exempLe d'entraînement de la vis 1, à L'aide d'un moteur électrique, - les fig. 5 et 5a représentent, de manière schématique, l'entraînement magnétique situé en bout de vis, - les fig. 6 et 6a représentent, de manière schématique, l'entraînement magnétique solidaire de l'axe d'entraînement du moteur, - La fig. 7 représente une coupe verticale schématique d'une pompe et d'une partie motrice. Selon l'invention, la pompe comporte, selon un premier exemple de réalisation (fig. 1 et 2), une vis 1 sans fin dont L'âme 30 est conique et le diamètre extérieur des filets constant. La partie de la vis proche de L'entrée de la pompe débouchant dans la première enceinte, est appelée partie antérieure 32 de la vis 1 et la partie débouchant dans la deuxième enceinte 5 est appelée partie postérieure 33 de la vis 1. Le volume dans la profondeur d'un filet augmente lorsque L'on se déplace de L'entrée de la pompe vers sa sortie dans la deuxième enceinte 5. La vis 1 est montée dans une chambre 31 cylindrique, de diamètre constant. Selon un second exemple de réalisation (fig. 3), L'âme 30 de la vis 1 a un diamètre constant tout au long de la vis 1 et le diamètre extérieur des filets est conique. Le petit diamètre du cône est situé à L'entrée du porteur minoritaire et le grand diamètre à la sortie de la deuxième enceinte 5. La chambre 31 est alors conique, de même conicité que la vis 1. La partie antérieure 32 de la vis 1 est reliée à une base de L'entraînement magnétique solidaire de la vis 1. La liaison axe entraînant-axe entraîné est mécanique avec, par exemple, étanchéité par joint tournant. Une bille de butée 3 en matériau conducteur ou non d'électricité, est située entre cette base d'entraînement et une butée 7. La bille de butée 3 sert, également, de point d'axe de rotation de la vis 1. Une butée 7 et une électrode 6 permettent une prise d'information pour la mesure de résistivité du bain résultant, en vue de son contrôle. Pour l'électrode repère 6, Le matériau utilisé devra être conducteur de l'électricité. Pour la butée repère 7, le matériau utilisé devra être conducteur de l'électricité, non magnétique lors d'un couplage magnétique entre la partie entraînante et la partie entraînée. La flèche 8 indique le sens d'aspiration du porteur majoritaire, tandis que la flèche 9 indique le sens du produit porteur minoritaire venant de la première enceinte. La flèche 10 représente la résultante, aprés amorçage, du Liquide porteur majoritaire + liquide porteur minoritaire. Un clapet anti-retour 11 est fixé sur L'entrée de la pompe. La pompe est fixée, soit par axe, écrou fileté, clip ou tout autre moyen représenté schématiquement par la référence 12. La vis 1 étant en rotation suivant le sens du pas (droite ou gauche) attire le liquide porteur 8 à contre sens, provoquant une résistance à l'introduction du liquide porteur. Suivant le diagramme, le liquide porteur sort en 10 avec un volume supérieur au volume d'entrée créant une dépression et nous retrouvons, à cet endroit, un mélange du liquide porteur 8 et du liquide porteur minoritaire 9. La partie entraînante est constituée de la butée 7 servant de prise d'information de résistivité du bain. Contre cette butée, une bille de butée 13 en matériau conducteur ou non d'électricité, limitant l'effort axial sur l'axe entraînant, qu'il soit issu d'un moteur électrique 16 ou de tout autre axe d'entraînement. Selon un exemple de réalisation, les moyens d'entraînement 14 sont constitués d'une base de l'entraînement magnétique solidaire de l'axe d'entraînement (axe d'un moteur électrique ou de tout autre axe d'entraînement). Nous remarquons le montage d'un court-circuit magnétique 20 (fig. 6). Ce moteur électrique 16 est placé dans une protection 15 et est alimenté par les lignes électriques 17 et 18. Sur les fig. 5 et 5a, on retrouve les éléments portant les références suivantes - référence 1 : vis en matériau conducteur ou non d'électricité, - référence 2 : base de l'entraînement magnétique, - référence 3 : bille de butée, - référence 19 : pièce magnétique en terre rare, samarium, cobalt ou néodyme de fer et de bore. Sur les fig 6 et 6a nous avons les références suivantes - référence 13 : bille de butée en matériau conducteur ou non, - référence 14 : base d'entraînement magnétique solidaire de l'axe d'entraînement, - référence 16a : axe du moteur repère, - référence 19 : pièces magnétiques en terre rare, samarium, cobalt ou néodyme de fer et de bore, référence 20 : court-circuit magnétique. Ceci est un accouplement magnétique donné en exemple pour les caractéristiques suivantes 3 - référence 19 : matériau magnétique samarium cobalt 210 kj/m - dimensions : . diamètre : 6 mm, épaisseur : 4 ou 5 mm. Les caractéristiques de couples d'entraînement pour l'exemple donné sont les suivantes - couple rotatif ................................. 0,35 Newton - force axiale ................................... 0,6 Newton - distance entre les deux pièces magnétiques ..... 2,5 mm Nous remarquons, sur les fig. 6 et 6a, représentant avec plus de détails l'accouplement magnétique, que l'utilisation d'éléments en terre rare nous permet d'éviter un court circuit magnétique n'engendrant qu'une très faible perte de couple rotatif, mais simplifiant, de manière très importante, la réalisation mécanique de la vis. Tout accouplement ayant des caractéristiques différentes, peut être réalisé en augmentant le nombre de pièces magnétiques. Le rayon de montage de ces pièces magnétiques est dimensionné de manière à obtenir un couple de rotation supérieur pour des pompes de dimensions supérieures. Les aimants en terre rare ont été utilisés de manière à réduire, pour un couple de transmission déterminé, Les dimensions mécaniques et, par conséquent, réduire L'énergie nécessaire à L'entraînement de l'ensemble. La fig. 7 reprend toutes les références citées précédemment. L'entraînement magnétique permet d'avoir une étanchéité intrinsèque, ainsi qu'une protection moteur en cas de blocage de la partie pompe. Les différentes positions de la pompe ne modifient en aucun cas son fonctionnement. Au cours du fonctionnement, le porteur majoritaire remonte les filets de la vis autour de son âme à contre-courant du porteur résultant. La position de la pompe, lors de sa fixation, ne modifie pas son fonctionnement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par L'homme de l'art aux pompes qui viennent d'etre décrites uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Pompe à amorçage automatique, caractérisée en ce qu'elle comporte une vis sans fin (1) solidaire d'une âme (30) pour former des filets délimitant entre eux une série de volumes successifs formant une chambre de pompage dont la capacité varie de L'entrée de la pompe vers sa sortie. 2 - Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que L'âme (30) est cônique et le diamètre extérieur des filets est constant, de telle sorte que Le volume occupé, entre deux filets, va en augmentant lorsque l'on se déplace de la partie antérieure (32) de la'pompe vers sa partie postérieure (33). 3 - Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que L'âme (30) a un diamètre constant et le diamètre extérieur des filets est conique, de telle sorte que Le volume occupé entre deux filets va en augmentant lorsque l'on se déplace de la partie antérieure (32) de la pompe vers sa partie postérieure. 4 - Pompe seLon L'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le pas des filets est constant. 5 - Pompe selon L'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le pas des filets est variable. 6 - Pompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe d'entraînement magnétique (14, 19, 20) incluant des pièces d'accouplements (19) en terre rare. 7 - Procédé de pompage d'un fluide, dit porteur, à partir d'une première enceinte vers une deuxième enceinte, à L'aide d'une pompe à amorçage automatique, conforme à L'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste - à prévoir de remplir la deuxième enceinte avec un fluide dit majoritaire et à y immerger la sortie de la pompe, - à assurer l'amorçage de la pompe par mise en marche de cette dernière en vue de créer une dépression dans la chambre de pompage et à refouler de ladite chambre le fluide majoritaire plus rapidement qu'il n'est aspiré, - une fois l'amorçage réalisé, à effectuer le pompage de manière classique par aspiration du fluide porteur. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à créer la dépression par aspiration du fluide majoritaire dans la chambre de pompage, simultanément et en sens inverse de l'aspiration du fluide porteur, jusqu'à ce que le fluide majoritaire soit refoulé dans la deuxième enceinte en fin d'amorçage. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, après l'amorçage, la variation du débit de pompage est assurée par simple variation de la vitesse de rotation de la pompe.