Brevet FR2656383A1 — publié le 19910628

Procédé -de pompage de liquide et son application pour nettoyeur haute pression. La présente invention concerne un procédé de pompage de liquide à l'aide d'une pompe de structure particulière. L'invention concerne, en particulier, un procédé de pompage de liquide adapté pour des nettoyeurs haute pression. Actuellement, il existe sur le marché de nombreux types de nettoyeurs haute pression dont le principe de fonctionnement en commun peut être schématisé comme suit : une pompe volumétrique est alimentée en amont par un liquide de nettoyage, par exemple de lleau se trouvant dans un réservoir ou dans des canalisations, la pompe volumétrique fournit en aval une quantite du liquide sous haute pression statique qui traverse un trou de faible diamètre pour devenir un jet de grande vitesse. L'énergie dynamique du jet de liquide se transforme en énergie mécanique de nettoyage, lorsque le jet percute une surface solide dans le but d'enlever des salissures de cette surface. Jusqu'à présent, toutes les pompes volumétriques utilisées ont un débit d'évacuation régulier par cycle de pompage. La régularité du débit de pompage est communément considérée par des constructeurs comme une qualité liée à la performance du nettoyeur haute pression. C'est pourquoi certains constructeurs proposent des pompes volumétriques avec un accumulateur hydropneumatique, afin de réduire des effets de saccade du débit pendant le cycle de pompage. La présente invention a pour objet un procédé de pompage totalement nouveau et original, en allant à l'encontre des principes techniques communément admis. Plus particulièrement, l'invention a pour objet d'améliorer les performances des nettoyeurs haute pression à l'aide d'une pompe de conception nouvelle. Le procédé de pompage de liquide, selon l'invention, consiste à introduire un liquide dans une pompe et à évacuer, par cycle de pompage de la pompe, au minimum 55% du volume total du liquide pendant une durée inférieure à la moitié de la durée du cycle de pompage, Autrement dit, l'invention consiste à créer volontairement un débit saccadé et irrégulier de la pompe, ce qui se traduit par une évacuation de presque la totalité de la quantité de liquide contenue dans la pompe pendant une fraction seulement de la durée du cycle de pompage. La conséquence directe d'un tel débit irrégulier pour les nettoyeurs haute pression est que le jet de liquide produit un effet de percussion volontairement exagéré, augmentant ainsi considérablement la performance de nettoyage. Le procédé de l'invention peut concerner toutes sortes ae pompes en leur apportant des modifications structurales ou fonctionnelles. On peut, par exemple, envisager des pompes à pistons comportant au moins un piston dont la cylindrée est au moins deux fois supérieure aux cylindrées des autres pistons de la pompe; des pompes à palettes présentant des pas irréguliers de palette, avec notamment au moins un volume de compartiment de pompage au moins deux fois supérieur au volume de chacun des autres compartiments de la pompe; des pompes à engrenages avec des engrenages excentrés; des pompes à membranes dont les efforts de poussée sont irréguliers sur les membranes pendant le cycle de pompage; des pompes centrifuges ou multicellulaires; des pompes à vis avec des pas irréguliers, etc... L'inventionsera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à l'étude de la description détaillée de deux modes de réalisation de l'invention, à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un schéma d'un nettoyeur haute pression classique; la figure 2a est un schéma d'une pompe rotative à trois pistons, selon un mode de réalisation classique et un mode de réalisation de l'invention; la figure 2b représente des courbes de déplacement des pistons par cycles de pompage correspondant à la figure 2a; la figure 3a est un schéma illustrant une pompe rotative à trois pistons, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; la figure 3b représente des courbes de déplacement des pistons par cycles de pompage correspondant à la figure 3a;; la figure 4 représente des courbes comparatives des débits correspondant aux figures 2b et 3b par cycle de pompage; et la figure 5 est un diagramme permettant de comparer différentes performances des pompes volumétriques. Comme illustré sur la figure 1, un nettoyeur haute pression comprend une pompe I connectée à une source d'eau 2 par l'intermédiaire d'un tuyau 3. La source 2 peut être un réservoir d'eau ou une canalisation urbaine. La pompe 1 peut également être reliée à une source de produit détergent 4 par l'intermédiaire d'un tuyau 5. Un moteur 6 est incorpore dans la pompe 1 pour entraîner celle-ci dans son cycle de pompage. L'eau évacuée par la pompe 1, sous haute pression statique, est envoyée dans un tuyau 7, souple de préférence, qui est relié à une lance 8 dont une extrémité de sortie comporte une buse à travers laquelle est formé un jet d'eau 9 de grande vitesse. Le jet d'eau a une énergie dynamique élevée et permet un nettoyage efficace des surfaces présentant des salissures. Comme déjà mentionné précédemment, la pompe 1 doit satisfaire, selon des normes habituelles, un fonctionnement régulier avec un débit présentant aussi peu ae variations que possible. En revanche, selon la présente invention, la pompe 1 doit fonctionner d'une façon irrégulière et délivrer un débit saccadé aussi disproportionné que possible pour chaque cycle de pompage Dans ce qui suit, on va montrer deux exemples de moaification d'une pompe volumétrique, selon l'invention, sur la base d'une pompe volumétrique classique, et comparer les résultats respectifs de ces pompes. Pour simplifier l'étude, la pompe classique est choisie comme une pompe rotative à pistons, munie de trois pistons A, B et C. Le volume de pompage V par cycle de fonctionnement de la pompe, ainsi que la vitesse de rotation R du moteur, sont identiques pour les cas de comparaisons suivants. Ainsi, le débit moyen D de la pompe est égal au produit VxR. PREMIER CAS La pompe volumétrique est du type classique. Les cylindrées respectives des pistons A, B et C sont identiques et égales chacune à 1/3 du volume V. Les pistons A, B et C sont angulairement séparés l'un de l'autre de 1200, comme illustré sur la figure 2a. La figure 2b montre les courbes correspondant au déplacement des pistons A, B et C pendant des cycles de pompage. Ces courbes sont déphasées l'une de l'autre de 1200. Les lignes horizontales E et F sur la figure 2b correspondent, respectivement, à l'ouverture des clapets d'admission et d'évacuation de la pompe. Ainsi, l'orsqu'une courbe présente une amplitude au-delà de la ligne E, le piston correspondant est en phase d'admission, l'eau entrant dans ledit piston. Lorsque l'amplitude d'une courbe dépasse la ligne F, le piston correspondant est dans la phase d'évacuation, l'eau étant chassée du piston vers l'extérieur de la pompe. Les pistons A, B et C étant identiques, les volumes de pompage correspondant à ces pistons sont identiques. Etant donné que chaque piston évacue pendant une durée égale à 1/3 de la durée du cycle de pompage, chaque piston délivre un débit de liquide identique. Compte tenu du décalage angulaire des pistons et de la figure 2b, le débit D1 de la pompe est constant et égal au débit moyen D de la pompe. Le débit D1 est représenté par une ligne horizontale en traits mixtes sur la figure 4. SECOND CAS Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les pistons A, B et C sont disposés de façon identique au premier cas. Seules les cylindrées respectives de ces pistons sont modifiées. Dans cet exemple, les cylindrées des pistons A et B sont identiques et égales chacune à 5% du volume V. La cylindrée au piston C correspond à 90% du volume V. D'après la figure 2b, chaque piston évacue l'eau pendant une durée équivalente à 1/3 de la durée du cycle de pompage. Ce qui veut dire que le piston C évacue 90% du volume V pendant 1/3 du temps de la durée du cycle de pompage. Les débits des pistons A, B et C sont devenus alors respectivement 15% D, 15% D et 270% D. Compte tenu du décalage angulaire des pistons A, B et C, le débit D2 de la pompe n'est pas constant pendant le cycle de pompage, comme indiqué par une courbe en pointillés de la figure 4. TROISIEME CAS Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les pistons A, E et C présentent des cylindrées égales, respectivement, à 47,5%, 47,5% et 5% du volume V. Les pistons A et B sont séparés angulairement par un angle inférieur à 90". Le piston C est installé à l'opposé des pistons A et B, comme illustré sur la figure 3a. La figure 3b montre des courbes correspondant au déplacement des pistons A, B et C, pendant des cycles de pompage. Commue la figure 2b, les lignes horizontales E et F correspondent, respectivement, à l'ouverture des clapets d'admission et d'évacuation de la pompe. On peut constater que les décalages angulaires des pistons, dans ce cas, sont différents de ceux des deux cas précédents. Chaque- piston évacue pendant une période égale à 1/3 de la durée du cycle de pompage, ce qui se traduit par des débits de 142,5% D, 142,5% D et 15% D pour les pistons A, B et C, respectivement. Compte tenu des écarts angulaires des pistons, le débit D3 de la pompe est fortement irrégulier et est représenté par la courbe en traits continus sur la figure 4. L'intérêt technique de l'invention appliqué au nettoyeur haute pression, peut être illustré par un exemple-chiffré, comme suit. La pompe classique de référence présente un volume de pompage V par cycle égal à 0,02 litre. La vitesse de rotation R de la pompe est égale à 1 000 t/minute. il en résulte un débit moyen D de la pompe égal à 20 1/minute. Pour le premier cas, le débit D1 est constant pendant le cycle de pompage et est égal au débit moyen D, autrement dit D1 est égal à 20 l/minllte. Selon le second cas, le débit instantané correspondant au débit du piston C est égal à 270% du débit moyen, ce qui se traduit par une valeur instantanée de D2 égale à 54 1/minute. Pour le troisième cas, la valeur maximum du débit D3 est assurée par les cylindres A et B, simultanément. Ce qui veut dire que la valeur instantanée maximum du D3 est égale à deux fois 142,5% du débit moyen, autrement dit, la valeur maximum de D3 est égale à 57 1/minute. La figure 5 montre un diagramme précédemment établi par les demandeurs, montrant une relation complexe entre la performance de nettoyage des nettoyeurs haute pression et des paramètres, tels que la puissance du moteur entraînant la pompe, le débit de la pompe, la pression en aval de la pompe et la vitesse de sortie du jet d'eau. Dans ce diagramme, les courbes en traits continus sont paramétrées en débit dont l'unité est litre/minute. Les courbes en pointillés sont paramétrées en puissance du moteur en kilowatts. L'axe des abscisses indique la pression en bar en aval de la pompe, et l'axe des ordonnées montre la performance de nettoyage équivalente à une puissance de travail. Gn peut choisir une puissance de moteur égale à 1,4 kw pour faciliter les comparaisons. Les exemples chiffrés peuvent alors être portés sur le diagramme de la figure 5 par trois points ronds. Le tableau I montre des valeurs relevées sur le diagramme de la figure 5, correspondant aux trois points représentatifs des cas différents TABLEAU I PERFORMANCE 1er cas 6,1 42 2ème cas 10,2 15,5 3ème cas 10,4 15 On peut constater alors que, pour une meme puissance de moteur, la performance de nettoyage, grâce au procédé de l'invention, est nettement supérieure (respectivement 67,2% et 70,5% pour les second et troisième cas) au nettoyeur classique. La pression en aval de la pompe est également nettement diminuée. L'avantage de cette diminution de pression sera développée ci-après. Le tableau II ci-après rapporte des valeurs relevées sur le diagramme correspondant à des points situés sur une ligne horizontale, représentant les cas de comparaison pour une performance de nettoyage égale à 6,1. TABLEAU II PUISSANCE | PRESSION DU MOTEUR 2ème cas 0,54 6 3èmecas 0,5 5,5 On peut constater, d'après le tableau II que, pour une même performance de nettoyage, l'invention permet de réduire de manière significative la puissance du moteur (61,48 et 64,3% pour les second et troisième cas, respectivement). La pression en aval de la pompe est également considérablement réduite. Revenons à la figure 1, un nettoyeur haute pression peut utiliser un produit détergent. habituellement, le produit détergent est introduit dans la pompe par l'intermédiaire d'un venturi. Grâce à la présente invention, la pression beaucoup plus faible en aval de la pompe permet de supprimer le venturi et ae relier l'un des pistons de faible volume, directement à la source de produit détergent. Cela permet, à la fois, une simplification de fabrication et une réduction de perte de charge du nettoyeur haute pression. L'application du procédé de la présente invention au nettoyeur haute pression est particulièrement intéressante. Cela n'exclut pas que d'autres possibilités d'applications dans d'autres domaines d'activités nécessitant des pompes de liquide. REVENDICATIONS 1. Procédé de pompage de liquide, caractérisé par le fait qutil consiste à introduire un liquide dans une pompe et à évacuer, par- cycle de pompage de la pompe, au minimum 55% du volume total (V) du liquide pendant une durée inférieure à la moitié de la durée du cycle de pompage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une pompe volumétrique à pistons, comportant au moins un piston dont la cylindrée est au moins deux fois supérieure aux cylindrées des autres pistons de la pompe. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une pompe à palettes ayant des pas irréguliers de palette, au moins un compartiment de pompage délimité par deux palettes consécutives présentant un volume au moins deux fois supérieur aux autres compartiments de pompage de la pompe. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une pompe à engrenages dont les engrenages sont montés excentrés pour délivrer un débit non homogène pendant le cycle de pompage. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une pompe volumétrique à membrane dont les efforts de poussée de la membrane sont irréguliers, de sorte que l'évacuation au liquide soit réalisée ae façon irrégulière pendant le cycle de pompage. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une pompe centrifuge. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une pompe à vis avec des pas irréguliers. 8. Dispositif de nettoyage à haute pression permettant la mise en oeuvre du procédé, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une pompe adaptée pour évacuer, par cycle de pompage de la pompe, au minimum 55% du volume total (V) du liquide pendant une durée inférieure à la moitié de la durée du cycle de pompage.