Brevet FR2681913A1 — publié le 19930402

L'invention concerne un appareil pour le pompage de matériaux fluides et a plus particulièrement trait à l'emploi d'un appareil de ce genre pour la pulvérisation du béton à l'état humide et à un procédé d'application du béton. Un certain nombre de domaines d'application exigent qu'un matériau fluide puisse être pompé de façon continue sans variation du débit de matériau pompé, ou seulement avec une faible variation du débit. L'un de ces domaines est celui de la pulvérisation ou de la projection de béton utilisé, par exemple, pour le revêtement des parois des galeries. Les appareils utilisés pour la pulvérisation ou la projection du béton comprennent ordinairement deux chambres de pompage, l'une d'elles (appelée "chambre de refoulement") refoule le matériau, tandis que l'autre (appelée "chambre d'aspiration") est remplie de matériau, le remplissage étant achevé lorsque la chambre -de refoulement est vide. Les chambres de refoulement et d'aspiration changent ensuite de rôle et la procédure recommence. Cette inversion de rôle peut se faire par différents moyens. L'un des moyens les plus satisfaisants est un agencement composé de deux chambres de pompage cylindriques parallèles dans lesquelles des pistons se déplacent. Ces chambres de pompage débouchent, par des orifices ou lumières, dans une chambre de remplissage (telle qu'une trémie), dans laquelle le matériau à pomper est versé. Le remplissage de l'une des chambres et la décharge simultanée de l'autre s'effectuent au moyen d'une conduite de refoulement dont l'extrémité oscille entre les orifices et s'adapte sur ceux-ci de façon étanche, l'extrémité se déplaçant de l'orifice d'un cylindre, lorsqu'il a été entièrement déchargé, vers l'orifice du cylindre rempli à ce moment et prêt à être déchargé. Le matériau passe dans la conduite de refoulement et est refoulé hors de l'appareil. I1 est impossible d'assurer un courant de matériau refoulé suffisamment uniforme avec un appareil existant du type décrit plus haut étant donné que la commutation de la conduite de refoulement, d'un orifice à l'autre, prend inévitablement du temps, ce qui entraîne une interruption du débit de refoulement du matériau. On a trouvé qu'il était désormais possible d'éviter sensiblement ces interruptions de refoulement grâce à l'appareil de pompage du type décrit cidessous.La présente invention divulgue par suite un appareil de pompage comprenant deux chambres de pompage cylindriques, l'une d'elles (la chambre d'aspiration) étant remplie de matériau à refouler tandis que l'autre (la chambre de refoulement) refoule le matériau, la chambre d'aspiration étant convertie en chambre de refoulement et réciproquement lorsque la chambre d'aspiration est pleine et la chambre de refoulement est vide, le matériau de remplissage entrant dans la chambre d'aspiration à travers un orifice ou lumière ménagé dans une chambre de charge commune et étant refoulé par l'intermédiaire d'une conduite de refoulement dont l'extrémité oscille entre les orifices et est monté de façon étanche sur ces derniers, la conduite étant agencée de manière à recouvrir l'orifice de la chambre se trouvant sur le point d'être vidée, et à se déplacer vers l'orifice de l'autre chambre lorsque la décharge est terminée, ladite décharge se faisant au moyen de pistons actionnés par des cylindres hydrauliques reliés entre eux et par un circuit hydraulique associé, caractérisé en ce qu'en service, le circuit hydraulique agit de manière à amener le piston de la chambre d'aspiration dans une position dans laquelle la chambre d'aspiration est complètement remplie avant que le piston de la chambre de refoulement atteigne une position dans laquelle le matériau est totalement refoulé ou déchargé de l'intérieur de la chambre. Exception faite du circuit hydraulique, le mécanisme qui commande le fonctionnement de la pompe est classique et l'homme de l'art comprendra immédiatement quel type d'appareil peut être utilisé. On trouvera des exemples types de ces appareils dans les machines de pulvérisation ou de projection de béton Meycojet" (marque déposée), série 082EH, distribuées par Meynadier AG, Winterthur, Suisse. Dans ce type d'appareil, qui est l'appareil préféré pour les besoins de la présente invention, les chambres de pompage comprennent des cylindres hydrauliques associés, et les pistons des chambres de pompage utilisent un arbre commun avec les pistons des cylindres hydrauliques associés, le déplacement des pistons hydrauliques provoquant un déplacement correspondant des pistons des chambres de pompage. Des moyens automatiques sont associés à la chambre de pompage, de manière à inverser la direction de déplacement des pistons dans les chambres de pompage et à provoquer, simultanément, le déplacement de la conduite de refoulement de la chambre qui vient d'être vidée ou déchargée vers la chambre qui est sur le point 'due commencer à être vidée. Ces moyens sont, de préférence, un circuit électrique ou électronique muni de moyens de détection et/ou d'actionnement, montés de manière que l'arrivée du piston hydraulique dans une position correspondant à la position de décharge totale du piston de la chambre de pompage associée provoque, à la fois, l'inversion du déplacement du piston de la chambre de pompage et la commutation de la conduite de refoulement, d'un orifice à l'autre. Les moyens adéquats pour obtenir un tel résultat sont biens connus dans la technique. L'innovation apportée par cet appareil est l'action du circuit hydraulique qui amène le piston de la chambre d'aspiration en position de remplissage total avant que la chambre de refoulement ait atteint une position de déchargement total. Cet action est excutée, de préférence, sur toute la course du piston (de la position de déchargement total vers la position de chargement total). Le cylindre d'aspiration est donc rempli plus rapidement que dans d'autres cas. Le piston arrive en fin de course et attend jusqu'à ce que la chambre de refoulement soit totalement déchargée. Au cours de cette période d'attente il se produit un équilibre de pression entre la pression de la chambre de remplissage (généralement, la pression atmosphérique) et la pression réduite provoquée par le déplacement du piston. Ceci permet le remplissage total de la chambre. Le piston est donc prêt à refouler une charge complète lorsque la conduite de refoulement se déplace, et les rôles des chambres de pompage sont inversés. Il existe une variété de moyens pour assurer le déplacement du piston dans la chambre d'aspiration, mais un procédé préféré consiste à introduire une quantité supplémentaire de fluide hydraulique dans le cylindre hydraulique associé à la chambre d'aspiration.Ceci accélère le fonctionnement du piston du circuit hydraulique et, par suite, du piston de la chambre d'aspiration. Lorsque le piston de la chambre d'aspiration arrive en fin de course, l'excédent de fluide est purgé. Lorsque la chambre de refoulement est totalement déchargée, le rôle des chambres s'inverse et la même procédure se répète. On peut améliorer l'appareil en le dotant d'un système dit à effet de balancier". Dans ce système, la vitesse de pompage initiale de la chambre de refoulement est accélérée par rapport à la normale, ce qui augmente ainsi temporairement le débit. La pompe revient ensuite à sa vitesse normale et le débit accéléré retombe à la normale dans un temps au cours duquel le débit supplémentaire de matériau compense exactement la diminution de débit survenant au cours de l'inversion des chambres. Dans les procédés de l'art antérieur, le débit supplémentaire et le temps de retour à la normale sont réglés manuellement. Bien que cette solution convienne dans certains cas, elle peut toutefois ne pas être satisfaisante dans d'autres. En partlculier dans le cas de la pulvérisation du béton. Le béton arrive dans différentes consistances et compositions et la plupart des opérateurs sont incapables d'obtenir un résultat cohérent. On peut y remédier et obtenir un débit pratiquement sans pulsations grâce à l'appareil nouveau décrit ci-dessous. L'invention prévoit par suite un appareil de pompage comprenant deux chambres de pompage cylindriques, l'une d'entre elles (la chambre d'aspiration) aspirant le matériau à refouler tandis que l'autre (la chambre de refoulement) refoulant le matériau, la chambre d'aspiration devenant une chambre de refoulement et réciproquement lorsque la chambre d'aspiration est pleine et que la chambre de refoulement est vide (inversion), le refoulement et l'aspiration du matériau se faisant au moyen de pistons de pompage soumis à une sollicitation hydraulique, se déplaçant dans les chambres, l'inversion se faisant pari l'intermédiaire d'une vanne hydraulique, caractérisé en ce que ledit appareil est associé à des moyens de commande automatique de la vanne, réglant le débit de la chambre de refoulement en fonction du débit, de manière à augmenter le débit initial à un degré donné et pendant une période permettant de compenser la baisse de débit du matériau survenant au cours de l'inversion. Les moyens automatiques utilisés dans l'invention règlent le refoulement de la chambre de refoulement en fonction du débit. On comprendra mieux ce principe en se référant aux Fig.3 et 4 qui sont des diagrammes de la quantité en fonction du temps, la Fig.3 représentant l'état d'un appareil classique, dans lequel on utilise une commande manuelle à effet de balancier" et la Fig.4 représente l'état dans lequel la présente invention est utilisée. On va considérer la Fig.3. La situation idéale est représentée par une droite horizontale, ce qui signifie que la quantité Q est constamment refoulée. Les points A et B sur l'axe horizontal représentent le début et la fin du temps t1 qui est le temps d'inversion d'une chambre de pompage à l'autre.Au cours de cette période, la quantité refoulée tombe d'une quantité hQ1.Pour compenser cette baisse, on augmente le débit de pompage initial du cylindre de refoulement, en générant une surpression de débit et en l'élevant au niveau maximal de AQZ aedelà de Q. Le débit revient ensuite à la normale et on laisse ensuite retomber à la quantité à Q au cours du temps t2. Sur la Fig.4, les moyens automatiques assurent le refoulement d'une quantité supplémentaire AQ2, de manière à la faire correspondre à la quantité bQ1 perdue au cours de l'inversion. Cette relation se maintient, même en cas de modification de constitution et/ou de consistance du béton. La fonction qui permet d'obtenir la quantité refoulée correspondant au réglage de l'appareil peut être exprimée par: A Q2 = f (Q) La fonction qui permet d'obtenir la quantité refoulée peut être une fonction appropriée quelconque. Ce peut être, par exemple, une résistance électrique. C'est la fonction préférée, toutefois, l'homme de l'art est susceptible d'en concevoir d'autres à l'aide d'équipements appropriés, aisément disponibles, susceptibles d'être adaptés à la mise en pratique de la présente invention et qui sont compris dans le cas présent. Un exemple de dispositif approprié de régulation de l'appareil est constitué par une paire de potentiomètres accouplés mécaniquement. Un autre exemple est une commande programmable dans laquelle le réglage est assuré par un logiciel.Ce dernier exemple offre un potentiel et une polyvalence d'applications considérables. L'invention est utile dans toute application dans laquelle on souhaite obtenir un débit de fluide dont les pulsations sont limitées au minimum. Les modes de réalisation préférés de l'invention sont particulièrement robustes et utiles pour la manutention de fluides épais ou visqueux tels que le béton à pulvériser ou à projeter. L'invention permet par suite de réaliser un appareil de pulvérisation du béton comprenant un appareil de pompage tel que défini ci-dessus. L'invention comprend également un procédé d'application du béton par pulvérisation, dans lequel la pulvérisation est assurée par un appareil de pompage tel que décrit plus haut. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description des modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard des dessins annexés, dans lesquels: Fig.l est une vue en perspective partiellement en transparence d'une partie de l'appareil de pompage selon l'invention, Fig.2 est une représentation schématique du circuit hydraulique de l'appareil de pompage selon l'invention (à gauche de la ligne en traits mixtes), avec le circuit hydraulique assurant le déplacement de la conduite de refoulement (à droite de la ligne en traits mixtes), Fig.3 est un diagramme de la quantité de matériau refoulé en fonction du temps, représentant l'effet d'un système manuel "à effet de balancier", tel qu'il est actuellement employé dans la technique, Fig.4 est un diagramme de la quantité de matériau refoulé en fonction du temps, représentant "l'effet de balancier" assuré par l'appareil selon l'invention, Fig.S est une vue schématique représentant un appareil "à effet de balancier" préféré, selon l'invention. Tout d'abord, en se référant à la Fig.l, deux chambres de pompage cylindriques 1 et 2 débouchent, par l'intermédiaire des orifices 3 et 4 dans une trémie 5 remplie de matériau à refouler. Les pistons 6 et 7 se deplacent dans ces chambres et servent à aspirer ou à refouler le matériau à pomper, un piston refoulant pendant que l'autre aspire. I1 est prévu, dans la trémie 5, une conduite de refoulement 8 pivotant autour d'un pivot 9 par l'intermédiaire d'une biellette 10, comme indiqué par la flèche blanche à deux pointes, et agencée pour être déplacée hydrauliquement entre les orifices 3 et 4 qu'elle recouvre de façon étanche. Le mode de fonctionnement de l'appareil est décrit en se référant aux flèches hachurées "A", "B" et "C't. Il "A" indique l'addition de matériau dans la trémie. L'orifice 3 de la chambre 2 est en communication avec la trémie et le piston 7 s'écarte de l'orifice en entraînant le matériau, comme indiqué en "B". En même temps, le piston 6 de la chambre 1 avance vers l'orifice 4 en refoulant hors de la chambre le matériau qui avait été auparavant introduit à l'intérieur. La conduite de refoulement recouvre l'orifice 4 et le matériau est refoulé de l'appareil par la conduite, comme indiqué en "C". Le circuit hydraulique illustré sur la Fig.2 illustre, sur le côté pompage, une paire de chambres de pompage ll et 12, chacune d'elles étant pourvue d'un cylindre hydraulique associé 13 et 14. Chaque chambre comprend un piston de pompage 15, 16, relié à un piston hydraulique 17, 18 par un arbre 19, 20, de manière que le déplacement des pistons hydrauliques, commandé hydrauliquement, provoque le déplacement des pistons de pompage dans les chambres de pompage. Un capteur électronique 21, 22, monté à proximité de l'extrémité de chaque cylindre hydraulique, détecte l'arrivé du piston hydraulique à cette extrémité. Les autres éléments principaux du système sont une vanne 23, des pompes 24 et 25, un réservoir de fluide hydraulique 26 et un réservoir sous pression 27. Le circuit est représenté au moment où la chambre 12 commence juste à refouler le matériau. Il est prévu, sur le côté de la conduite hydraulique, une paire de cylindres hydrauliques 28 et 29, ainsi qu'une vanne 30. Le circuit est représenté au moment où la conduite vient juste d'être déplacée devant la chambre 12. En service, la chambre de pompage 11 remplie de matériau, agit comme une chambre de refoulement et est sollicitée par la pression hydraulique exercée par le cylindre hydraulique 13 pour refouler le matériau se trouvant à l'intérieur. Le fluide hydraulique est refoulé de la partie supérieure du cylindre hydraulique 31, par la conduite 32, vers la partie supérieure 33 du cylindre 14, ce qui provoque le déplacement du piston 16 à l'écart de la trémie par le piston hydraulique 18. Dans ce cas, la vanne 23 est réglée de telle sorte que le fluide hydraulique venant de la pompe 24 passe dans le cylindre hydraulique 13, à travers la conduite 39, ce qui repousse le piston hydraulique 17 et entraîne par suite le déplacement du piston de pompage 15. Les éléments sont disposés de telle sorte que lorsque la chambre est totalement déchargée, le piston hydraulique atteint le capteur 21. Celui-ci émet un signal vers les vannes 23 et 30, ce qui provoque leur changement de direction et la commutation de la pression hydraulique, des cylindres 13 et 29 vers les cylindres hydrauliques 14 et 28. Ceci provoque le déplacement de la conduite de refoulement en face de la chambre 12, le piston de pompage 16 de la chambre 12 commence à refouler le matériau dans la conduite de refoulement sous la sollicitation de la pression hydraulique de la conduite 34, et le piston de pompage 15 de la chambre 11, commence à reculer dans la chambre pour aspirer ainsi le matériau. La chambre 12 devient donc une chambre de refoulement et la chambre 13 une chambre d'aspiration. Les éléments du circuit hydraulique assurant le déplacement du piston de pompage de la chambre d'aspiration entièrement remplie, avant que la chambre de refoulement associée ait été totalement déchargée comprennent un orifice 35 muni d'une vanne anti-retour 36 associée, une vanne à deux voies 37 et une vanne de détente ou de sûreté 38. En service, la vanne à deux voies 37 permet le transfert, à travers l'orifice 35, d'un excès de fluide hydraulique par rapport au fluide nécessaire pour rappeler le piston hydraulique associé à la chambre d'aspiration. Ceci signifie que la chambre d'aspiration est remplie plus rapidement et qu'elle est prête à être déchargée immédiatement lorsque les vannes 23 et 30 sont commutées.Lorsque la position de remplissage total est atteinte, la vanne de détente 38 qui était fermée à ce moment, s'ouvre et laisse s'écouler l'excédent de fluide hydraulique en retour vers le réservoir 26. Le processus se répète ensuite. On se réfèrera maintenant à l'appareil à effet de balancier illustré sur la Fig.5. Une vanne hydraulique 23, servant à commuter ou inverser les deux chambres de pompage, est commandée électriquement.lLa quantité Q de la Fig.5 est fixée par un potentiomètre variable P. Ce potentiomètre est accouplé mécaniquement à un second potentiomètre P2, réglé à une valeur SQ2. L'intervalle de temps t2 de la Fig.2 est fixé par un relais temporisé R2. Tout signal électrique émis est amplifié par l'amplificateur V et le signal amplifié est transmis à la vanne 23. La relation souhaitée, selon l'équation = = f (Q) est établie empiriquement et tout réglage effectué sur Q ajuste également b bQ2. Par suite, en service, au moment de l'inversion, les potentiomètres P et P2 augmentent la quantité refoulée de bQ2. Après un certain temps, R2 interrompt le fonctionnement de P2, et le débit refoulé revient à son niveau normal. Ce processus se répète à chaque cycle de pompage. REVENDICA'TI'0NS 7.- Un appareil de pompage comprenant deux chambres de pompage cylindriques (11,12), l'une d'entre elles (la chambre d'aspiration) aspirant le matériau à refouler tandis que l'autre (la chambre de refoulement) refoulant le matériau, la chambre d'aspiration devenant la chambre de refoulement et réciproquement lorsque la chambre d'aspiration est pleine et la chambre de refoulement est vide (inversion), le refoulement et l'aspiration du matériau se faisant au moyen de pistons de pompage (15,16), sollicites hydrauliquement, se déplaçant dans les chambres, l'inversion étant assurée au moyen d'une vanne hydraulique (23), caractérisé en ce que des moyens automatiques sont associés à la vanne pour règle le débit de la chambre de refoulement en fonction du débit, de manière à augmenter le débit initial à un niveau et pendant un temps permettant de compenser le décroissement de débit de matériau pendant l'inversion. 2.- Un appareil de pompage selon la revendication 1, dans lequel la durée d'augmentation du débit t2 est constante et la chambre de refoulement refoule pendant ce temps t2 une quantité JQ2 en excès de la quantité Q souhaitée, jQ2 compensant exactement la quantité DQ1 pour laquelle le débit de matériau est insuffisant pendant l'inversion. 3.- Un appareil de pompage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'appareil comprend une vanne (23) reliée à une paire de potentiomètres P et P2 accouplés mécaniquement, ajustant les quantités refoulées Q et Q + AQ2, respectivement, le temps de fonctionnement de P2 étant réglé par un relais temporisé R2. 4.- Un procédé de réduction des impulsions d'un courant continu de matériau pompé, comprenant l'utilisation d'un appareil de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5.- Un procédé de pulvérisation ou de projection de béton par voie humide, comprenant l'utilisation d'un appareil de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.