Brevet FR2683865A1 — publié le 19930521

"Mécanisme d'entranement d'une pompe à mouvement al- ternatif" La présente invention concerne un mécanisme d'entraînement d'une pompe à mouvement alternatif comportant une tige de piston portant plusieurs pistons mobiles dans un fourreau plongeant dans la nappe à pomper. La nécessité de l'irrigation dans les ré- gions arides, dans lesquelles l'eau est présente à une profondeur plus ou moins variable, a conduit au déve- loppement de différents systèmes de pompage plus ou moins fiables. L'expérience a montré que plus les systèmes de pompage étaient rudimentaires et plus ils étaient fiables. Ce problème de la fiabilité est extremement important car les pompes sont réparties à des distances très grandes et il n'est pas envisageable d'en assurer un entretien suivi avec du personnel spécialisé. Par ailleurs, en cas de rupture d'une pièce, il faut que les utilisateurs locaux puissent remplacer la pièce. Ces différents impératifs ont abouti au résultat que moins la pompe était sophistiquée et meilleure était sa fiabilité dans de telles conditions d'utilisation. A cela s'ajoute les différentes influences extérieures et en particulier la présence de sable, souvent extrêmement fin, qui pénètre dans les enceintes les plus hermétiquement fermées. I1 en a résulté le développement d'une pompe très efficace, susceptible de pomper à des profondeurs relativement grandes. Une telle pompe utilise des pistons multiples tous portés par une tige. Le mouvement de pompage nécessite l'entraînement de cette tige suivant un mouvement alternatif d'une certaine course. Initialement, de telles pompes étaient entraînées à la main et pour cela, elles comportaient un levier pivotant relié par un câble et une poulie de renvoi à la tige des pistons. En abaissant le levier, on commande ainsi le relevage de la pompe. La nécessité d'un débit plus régulier et sur une période plus longue a conduit à la motorisation de telles pompes. Cette motorisation a consisté à remplacer le mouvement du levier par un mouvement strictement équivalent assuré par un moteur. Pour cela, l'ex- extrémité du câble était associée à un bras porté par l'axe d'un moto-réducteur dont la rotation commandait ainsi le mouvement alternatif de la tige de piston suivant une amplitude correspondant sensiblement au diamètre du rayon décrit par l'extrémité du bras porté par l'axe du moteur. Ce système a été complété par un contrepoids destiné à compenser la masse formée par la tige et les pistons. Pour cela, le câble a été prolongé pour passer sur une autre poulie et recevoir à son extrémité un contrepoids. Bien que ce système puisse fonctionner, il présente un certain nombre d'inconvénients liés à son encombrement lié à la cinématique de l'entraînement et au faible rendement de cet entraînement mécanique du fait du contrepoids. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose de créer un mécanisme d'entraînement d'une pompe à pistons, à mouvement alternatif, permettant de motoriser efficacement cette pompe en utilisant comme source d'énergie le réseau électrique, des batteries, un groupe électrogène, l'énergie éolienne ou l'énergie solaire, tout en restant d'une réalisation et d'un entretien extrêmement simple avec un nombre de pièces réduit au minimum et un encombrement très faible pour diminuer également les risques d'endommagement accidentels. A cet effet, l'invention concerne un mécanisme du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'il comprend - une poulie de renvoi - une courroie d'entraînement à mouvement alternatif passant sur la poulie et dont une extrémité est re liée à l'extrémité supérieure de la tige des pis tons, - une boucle d'entraînement formée par une courroie et deux poulies sur lesquelles passe la boucle, au moins l'une des poulies portant un volant d'inertie, et la deuxième extrémité de la courroie d'entraîne ment à mouvement alternatif étant reliée à cette boucle pour effectuer un mouvement de va et vient à chaque rotation de la boucle, - un moyen d'entraînement en rotation relié à l'une des poulies de la boucle d'entraînement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen d'entranement est un motoréducteur électrique, un moteur électrique avec un système de poulies réductrices ou une manivelle débrayable, et la source d'énergie électrique est le réseau électrique, un système de batterie alimenté à partir du réseau ou par une éolienne ou des panneaux solaires. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la boucle d'entraînement, alignée sur la poulie de renvoi, est constituée par deux courroies jumelées crantées et l'extrémité de la courroie d'entraînement à mouvement alternatif est reliée aux deux courroies jumelées, synchrones, pour que le brin correspondant de la courroie d'entraînement se déplace dans l'intervalle entre les deux courroies jumelées. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le mécanisme se compose d'un châssis portant la poulie de renvoi avec la courroie d'entraînement, les deux poulies et la boucle d'entraînement ainsi que le moyen d'entraînement, ce châssis étant relié par un axe d'articulation à sa partie inférieure à une patte de fixation du mât de la pompe, pour être relevé autour de cet axe et être appliqué contre le mât. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la boucle d'entraînement avec les poulies est alignée pratiquement parallèlement à la trajectoire de la tige des pistons. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le mécanisme est entouré d'un carter protecteur formant une cheminée de circulation d'air et à l'extrémité supérieure du mât, au-dessus du carter, se trouve fixée une éolienne. Le mécanisme selon l'invention est d'une construction robuste et simple ; il ne se compose que d'un nombre réduit de pièces ; les pièces en mouvement ou en contact les unes avec les autres sont des pièces relativement simples qui ne risquent pas d'être soumises à une forte usure ou qui, en cas de présence de poussière ou de sable, ne risquent pas de se gripper. L'ensemble est très compact et peut être adapté sensiblement dans le prolongement ou à côté de la trajectoire de la tige portant les pistons de la pompe. Selon l'invention, la boucle d'entraînement est sensiblement alignée sur l'axe de la poulie de la courroie d'entraînement et le brin de la courroie d'entraînement effectue un mouvement de va et vient sous l'effet de la boucle d'entraînement tout en exécutant également un mouvement pendulaire. Dans le cas d'une boucle d'entraînement constituée par deux courroies jumelées, le brin de la courroie d'entraînement relié à la boucle d'entraînement se déplace ainsi dans l'intervalle restant entre les deux courroies de la boucle d'entraînement. Comme par ailleurs les deux poulies de la boucle d'entraînement sont également dédoublées, une paire de poulies étant associée à chaque courroie de la boucle d'entraînement, il n'y a aucun obstacle au passage du brin du câble. Selon un mode de réalisation avantageux, la boucle d'entraînement est une boucle allongée dont la longueur correspond à la translation que doit effectuer la tige des pistons et cette boucle allongée est disposée sensiblement ou complètement de façon parallèle à la trajectoire de la tige des pistons. La boucle d'entraînement est de préférence constituée par des courroies crantées coopérant avec des poulies crantées, en particulier les poulies d'entraînement. Cela constitue un moyen de transmission à rendement particulièrement élevé. Les différentes pièces constitutives du mécanisme sont d'une réalisation simple ; elles peuvent facilement être remplacées en cas de besoin. De façon avantageuse, le châssis du mécanisme est monté pivotant sur la colonne de la pompe ce qui permet d'abaisser le mécanisme en le pivotant autour de cet axe de manière par exemple à dégager l'axe de la tige de forage pour permettre le remplacement de la tige, son extraction ou le changement des pistons ou des joints des pistons et plus généralement les pièces usées de la pompe. Comme l'ensemble est très ramassé autour de la colonne de la pompe, il est facile à protéger, par exemple par un carter formant par ailleurs une cheminée. L'alimentation du moteur électrique commandant la pompe peut être prise sur le réseau s'il existe ou être fournie par un groupe électrogène ; il est également très avantageux d'associer au mécanisme un système de batteries avec un chargeur par des cellules photovoltaïques ou par une éolienne fixée au sommet du mât. L'éolienne peut entraîner le système de pompage simplement par une transmission mécanique. Cet entraînement motorisé n'exclut pas, en cas de besoin, un entraînement manuel par une ou deux manivelles débrayables, avec en plus un moyen de débrayage en amont de l'embrayage de la manivelle pour ne pas avoir à entraîner le moteur en plus de la pompe proprement dite. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un mécanisme d'entraînement de pompe selon l'invention. - la figure 2 est une vue de côté du mécanisme selon la figure 1. - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1 mais partiellement coupée. Selon les figures 1, 2 et 3, le mécanisme d'entraînement 1 est destiné à une pompe non représenté en détail mais seulement schématisé par la partie de piston 2 qui dépasse du tube ainsi que la tige 3 cette pompe est enfouie dans le sol et son piston 2 avec la tige 3 doivent effectuer des mouvements verticaux alternatifs pour pomper l'eau. La course de la tige de piston 3 peut être relativement importante, par exemple de l'ordre de 1 mètre à 1,50 mètre. Cette course doit être parfaitement linéaire pour réduire les frottements, l'usure et la puissance nécessaire, aussi, l'extrémité 4 de la tige 3 est elle reliée à une courroie d'entraînement 5 passant sur une poulie 6. L'extrémité 7 de la courroie 5 décrit ainsi jusqu'à la poulie 6 une trajectoire située dans le prolongement de la tige de piston 3 et tangeante à la poulie 6 alors que l'autre extrémité 8 du brin 9 de la courroie 5 est reliée à une boucle d'entraînement 10 formée en fait par deux courroies 10, 10'. Ces courroies passent sur une poulie haute 11, 11' et une poulie basse 12, 12' montées sur un axe respectif porté par une console 13, 14.Les courroies 10, 10' sont des courroies crantées et les poulies 11, 11', 12, 12' sont des poulies pour courroies crantées. Le volant d'inertie est accouplé à l'axe 18 et compense cinétiquement le poids de l'équipement de pompage (tige de piston et pistons). Les poulies 15, 15' sont reliées à des poulies intermédiaires 16, 16' qui ont pour avantage de permettre la synchronisation des poulies 12, 12' sans qu'un axe continu niait à relier les poulies 15, 15'. Cela est nécessaire pour le passage de l'extrémité 8 reliant le brin 9 de la courroie d'entraînement à la boucle d' entraînement. Les poulies crantées 16, 16' sont reliées à des poulies crantées 17, 17' sur un axe commun 18 qui porte une poulie 19 non nécessairement crantée, reliée par une courroie 20 à la poulie 21 d'un moteur 22 qui peut être un motoréducteur. Le système comporte également des tendeurs non décrits. L'ensemble du mécanisme décrit ci-dessus est porté par un châssis 23 porté par un axe 24 passant par deux pattes 25 solidaires du mât 26 de la pompe. Cela permet un pivotement du châssis et des poulies, courroies, etc... qu'il porte autour de cet axe 24. Une poulie 6' sert à relever par l'intermédiaire d'une corde le bâti 23 supportant l'ensemble de la transmission sur le mât 26. Cette disposition facilite le montage puisque pour mettre en place le mécanisme d'entraînement il suffit de placer l'extrémité inférieure du châssis 23 sur l'axe 24 puis de relever par basculement l'ensemble du châssis avec son équipement et le fixer au mât 26 dans la position représentée et décrite ci-dessus. Le mouvement de démontage avec abaissement par pivotement du châssis peut également être intéressant pour dégager l'accès à la tige de forage, pour permettre son extraction partielle ou totale ou son remplacement ou encore des interventions sur les pistons portés par cet axe. L'ensemble du mécanisme ainsi fixé au mât 26 de la pompe est de préférence entouré par un carter 27 par exemple un carter formant cheminée (figure 1). En outre, comme cela apparaît à la figure 1, le mécanisme est équipé de panneaux solaires 28 alimentant des piles non représentées. Le mécanisme peut également comporter une éolienne 29 qui alimente les piles. Enfin, le système comporte des manivelles 30, reliées par exemple à leur axe par un moyen débrayable du type roue libre, qui laisse les manivelles 30 immobiles lorsque le mécanisme est entraîné par le moteur 22 mais permet d'entraîner le mécanisme en aval des manivelles lorsque le moteur est au repos. Un embrayage non représenté, en amont de la liaison de transmis sion des manivelles 30, évite que le mouvement des manivelles ne remonte en amont et qu'il ne faille entraîner manuellement également le moteur en plus de la pompe proprement dite. REVENDICATIONS 1 ) mécanisme d'entraînement d'une pompe à mouvement alternatif comportant une tige de piston portant plusieurs pistons mobiles dans un fourreau plongeant dans la nappe à pomper, mécanisme caractérisé en ce qu'il comprend - une poulie de renvoi (6) - une courroie d'entraînement (5) à mouvement alterna tif passant sur la poulie (6) et dont une extrémité (4) est reliée à l'extrémité supérieure de la tige (3) des pistons, - une boucle d'entraînement (10, 10') formée par une courroie et deux poulies (11, 11' ; 12, 12') sur lesquelles passe la boucle, et la deuxième extrémité (8) de la courroie d'entraînement (5) à mouvement alternatif étant reliée à cette boucle (10, 10') pour effectuer un mouvement de va-et-vient à chaque rotation de la boucle (10, 10'), - un mouvement d'entraînement en rotation (22) relié à l'une des poulies (11, 11', 12, 12') de la boucle d'entraînement, - un volant d'inertie accouplé à l'axe (18) de façon à compenser cinétiquement le poids de l'équipement de pompage. 2 ) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement (22) est un motoréducteur électrique, un moteur électrique avec un système de poulies réductrices ou une manivelle débrayable, et la source d'énergie électrique est le réseau électrique, un système de batterie alimenté à partir du réseau ou par une éolienne (29) ou des panneaux solaires (30). 3") Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle d'entraînement (10, 10'), alignée sur la poulie de renvoi, est constituée par deux courroies jumelées crantées et l'extrémité de la courroie d'entraînement (5) à mouvement alternatif est reliée aux deux courroies jumelées (10, 10'), synchrones, pour que le brin (9) correspondant de la courroie d'entraînement (5) se déplace dans l'intervalle entre les deux courroies jumelées (10, 10'). 4") Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il se compose d'un châssis (23) portant la poulie de renvoi (6) avec la courroie d'entraînement (5), les deux poulies (11, 11', 12, 12') et la boucle d'entraînement (10, 10') ainsi que le moyen d'entraînement 16, 16', 17, 17', 18, 19, 20, 21, 22), ce châssis (23) étant relié par un axe d'articulation (24) à sa partie inférieure à une patte de fixation (25) du mât (26) de la pompe, pour être relevé autour de cet axe (24) et être appliqué contre le mât (26). 5") Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la boucle d'entraînement (10, 10') avec les poulies (11, 11', 12, 12') est alignée pratiquement parallèlement à la trajectoire de la tige (3) des pistons. 6") Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est entouré d'un carter protecteur (27) formant une cheminée de circulation d'air et à l'extrémité supérieure du mât (26), au-dessus du carter (27), se trouve fixée une éolienne (29). 7 ) Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que la manivelle débrayable (30) est combinée par un moyen de débrayage en roue libre situé en amont de la poulie entraînée par la manivelle débrayable pour débrayer la transmission du mouvement en retour vers le moteur électrique.