Brevet FR2732079A1 — publié le 19960927

Pompe alternative verticale La présente invention concerne une pompe alternative verticale pour l'exhaure de liquides présents dans le sol, pompe comprenant - un tube d'exhaure reliant le niveau de sortie de la pompe à la nappe de liquide à pomper en plongeant dans cette nappe, - un clapet de fond équipant l'extrémité inférieure du tube d'exhaure, laissant entrer le liquide dans le tube mais y retenant la colonne de liquide, - une tige portant un ou plusieurs pistons, commandée en mouvement alternatif pour faire monter la colonne de li quide, - chaque piston laissant passer le liquide pendant son mou vement de descente dans la colonne et devenant imperméa ble lors de son mouvement de remontée, - des moyens de commande reliés à la tige et en commandant le mouvement de montée et de descente à l'intérieur du tube. On connaît déjà une telle pompe alternative verticale notamment décrite dans le document OAPI 06 221 du 23 mars 1979. De telles pompes sont destinées à pomper des liquides présents dans le sol tels que des eaux souterraines, du pétrole, etc.. Les pompes alternatives verticales connues, destinées à pomper de l'eau, sont mues manuellement. Elles se composent, suivant la profondeur de pompage, soit d'une tige, soit d'un train de tiges, vertical, portant un ou plusieurs pistons à clapet. Les pistons connus se composent de manière générale d'un cylindre d'une certaine longueur muni à sa périphérie le long de l'un de ses bords notamment du bord supérieur, d'un joint coopérant avec le cylindre de la pompe, c'est-à-dire le tube d'exhaure. Cette partie cylindre de piston est engagée de manière coulissante sur un corps, par exemple formé d'ailettes et terminé à sa base par un clapet. Lorsque le cylindre du piston descend sur le clapet, le piston est étanche. Dans le cas contraire, le liquide peut traverser le piston. Ces deux positions différentes entre le cylindre et le clapet correspondent respectivement au mouvement de descente du piston dans la colonne d'eau contenue dans le cylindre du corps de la pompe ou tube d'exhaure et au mouvement de remontée de la colonne de liquide au-dessus du piston. Les cylindres des pistons connus présentent l'inconvénient de frotter d'une manière importante sur la surface intérieure de la colonne d'exhaure et ce frottement augmente lorsque le tube d'exhaure subit des déformations par suite de mouvements de terrain, car la tige est alors forcée de suivre ce trajet déformé. Le joint prévu le long du bord supérieur du cylindre et venant s'appliquer contre la paroi intérieure du tube d'exhaure augmente ce frottement à cause de la pression exercée par la colonne de liquide contre le joint. Souvent les liquides pompés par de telles pompes sont chargés et à la longue les particules des liquides se déposent sur les sièges des clapets du piston. Les pistons perdent ainsi de leur étanchéité, c'est-à-dire que le débit de liquide pompé diminue. De ce fait il faut également remplacer plus fréquemment les pistons ce qui augmente le coût d'exploitation de la pompe. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer une pompe alternative, de construction simple et fiable, permettant de pomper des liquides avec un débit très constant même après un temps d'utilisation prolongé, et qui puisse le cas échéant s'entretenir ou se remplacer de manière simple. A cet effet, l'invention concerne une pompe alternative verticale correspondant au type défini ci-dessus, caractérisée en ce que - le piston est formé d'un support à orifice(s), monté so lidaire en translation de la tige, - une membrane formant clapet, reposant sur le support pour fermer les orifices du piston sous le poids de la colonne de liquide qui se trouve au-dessus ou libérer ces orifi ces lorsque le piston descend dans la colonne d'eau dans le tube d'exhaure. La structure extrêmement simple des pistons équipant cette pompe est non seulement intéressante pour la fabrication et l'installation mais également pour le fonctionnement. Le support du piston ne peut pratiquement pas recevoir de dépôt de particules en suspension dans le liquide car l'ensemble du support est balayé par le liquide pompé lorsque le piston descend dans la colonne de liquide. De plus, la souplesse du clapet interdit également tout dépôt sur le clapet même sur sa face non directement exposée à la circulation du liquide. Cette forme particulière du piston qui se limite fonctionnellement pratiquement à un disque soutenant le clapet, a l'avantage, outre la facilité de fabrication et la légèreté du piston, de limiter au minimum le contact avec la surface intérieure du tube d'exhaure. Suivant les conditions d'utilisation et de fonctionnement de la pompe, le piston aura des dimensions plus ou moins voisines de la section intérieure du tube d'exhaure. Pour faire fonctionner la pompe légèrement, pour réduire la puissance nécessaire à son entraînement on laisse un jeu plus grand que si la pompe est entraînée par un moteur disposant de l'énergie d'un réseau électrique et non d'une source relativement limitée. Comme il n'y a par ailleurs au plus qu'un contact linéaire périphérique entre le piston et la surface intérieure du tube, même lorsque le tube d'exhaure est déformé par suite des mouvements du terrain, cela ne gêne pratiquement pas le mouvement de va-et-vient du piston et surtout cela n'augmente pratiquement pas les forces de frottement, en soi réduites entre le piston et la surface intérieure du tube. D'ailleurs il se forme un film liquide entre la paroi du tube et le ou les pistons réduisant le frottement pratiquement à zéro, d'autant plus qu'il n'y a pas de joint entre le piston et la paroi qui raclerait ce film liquide. Suivant d'autres caractéristiques intéressantes - le support est une pièce en forme de roue à rayons com prenant une couronne extérieure reliée par des branches radiales à un moyeu traversé par la tige. - le piston comporte un moyeu auxiliaire situé en dessous du moyeu de la roue et relié à la couronne de la roue par des jambes. - la couronne extérieure a une section biseautée ou arron die pour son contact avec la surface intérieure du tube de la pompe. - le clapet est une membrane en forme de disque recouvrant toute la surface supérieure du support. - le tube d'exhaure est prolongé au-dessus du niveau du sol par un tube fontaine. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe verticale schématique d'une pompe alternative verticale, - la figure 2 est une coupe verticale schématique partielle d'un piston en cours de descente de sa tige, - la figure 3 est une coupe verticale schématique du piston en cours de montée de la tige, - la figure 4 est une vue en coupe axiale du support du piston, - la figure 5 est une vue de dessus du support du piston, - la figure 6 est une vue éclatée du piston. Selon la figure 1, la pompe alternative verticale selon l'invention se compose d'une embase 1 reposant sur le sol 2. Une fontaine verticale 3 est solidaire de l'embase 1 ; elle comporte un bec de sortie de liquide 4 qui débite par exemple dans un réservoir 5. Ce tube fontaine 3 se prolonge à son extrémité inférieure par un tube d'exhaure 6. Ce tube 6 reçoit une tige de commande 7 équipée d'un ou plusieurs pistons 8 qui seront décrits ultérieurement. L'extrémité inférieure du tube d'exhaure 6 est équipée d'un clapet de pied 9. La tige 7 qui peut également être un train de tiges, c'est-à-dire un assemblage de tiges fixées les unes à la suite des autres suivant la profondeur de la nappe dans laquelle on pompe, est commandée en mouvement alternatif par un mécanisme 10 qui n'est représenté que très schématiquement. Ce mécanisme 10 est porté par un chevalet 11. Le mécanisme 10 peut être entraîné soit manuellement, soit par un animal, soit encore par un moteur thermique ou électrique et dans ce dernier cas, on peut envisager une unité d'alimentation électrique autonome, par exemple des batteries chargées par des piles solaires. Le mouvement vertical alternatif de la tige 7 et des pistons 8 assure d'abord la remontée de la colonne de liquide s'appuyant sur les pistons 8 et le déversement d'une certaine quantité de liquide dans le réservoir 5 puis la tige 7 fait descendre les pistons 8 à l'intérieur de la colonne de liquide contenue dans le tube d'exhaure 6 et retenue par le clapet de fond 9. Arrivés en fin de course basse, les pistons 8 sont remontés par la tige 7. Les pistons soulèvent ainsi la colonne de liquide qui se trouve au-dessus de chaque piston comme cela a déjà été décrit. En même temps, le piston le plus au-dessus du clapet de fond 9 crée une dépression en dessous de lui. Cette dépression aspire du liquide à travers le clapet de fond 9 dans le tube 6. Le cycle se poursuit ainsi. Les figures 2 et 3 montrent la structure des pistons 8, d'abord en position de descente d'un piston 8 entraîné par sa tige 7 et en figure 3, la remontée du piston 8. Dans cette figure on a utilisé les mêmes références qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes éléments. La figure 2 est une coupe axiale partielle du tube d'exhaure 6 montrant la tige 7 ou train de tige formé d'une partie de tige 71 reliée à une partie de tige 72 par l'intermédiaire d'un manchon fileté 74 ; l'extrémité inférieure 73 de la tige 71 est filetée au-delà de ce qui est nécessaire au simple vissage du manchon 74 de manière à recevoir le piston 8. Ce piston 8 fixé entre un écrou inférieur 12 et un écrou supérieur 13 se compose d'un disque formé d'une couronne extérieure 81 reliée par des rayons 82 à un moyeu 83 traversé par la tige 71 (ou sa partie 73) et par un moyeu inférieur 84 également traversé par la tige 71 ; ce moyeu inférieur 84 est relié à la couronne 81 par des jambes 85 soutenant la couronne 81. Au-dessus du support, le piston 8 comporte une membrane 86, souple. La forme radiale du support, tant au niveau des branches 85 que des rayons 82, permet le passage du liquide (remontée) dans le sens des flèches A, B, lorsque le piston descend dans la colonne de liquide contenue dans le tube d'exhaure 6 comme l'indique la flèche C. Cette descente du piston 8 provoque le relèvement de la membrane 86. La figure 3 montre le mouvement de remontée de la tige 7 ou des éléments de tige 71, 72 dans le cas d'un train de tige, identique à celui de la figure 2, suivant un mouvement de remontée indiqué par la flèche D. Au cours de ce mouvement de remontée, la colonne de liquide appuie la membrane 86 contre le support et notamment la partie supérieure du support du piston 8, c'est-à-dire la couronne 81, les rayons 82 et le moyeu 83, fermant de manière étanche le piston ; cela permet de soulever la colonne de liquide. I1 est à remarquer que, comme déjà indiqué, le piston 8 est bloqué sur la tige 7 par les écrous 12, 13 qui bloquent également la membrane 86. Pendant le mouvement de remontée, les jambes 85 transmettent une partie des efforts appliqués sur la partie extérieure du support vers le moyeu inférieur 84. Selon ces figures 2, 3, la couronne extérieure 81 du support présente un bord en biseau ou un bord arrondi, réduisant au minimum le contact entre le piston et la surface intérieure du tube d'exhaure 6. Ce contact se fait suivant un cercle et non selon une surface cylindrique ce qui permet d'absorber toutes les déviations ou différences d'alignement par exemple en courbe entre la tige 7 et le tube d'exhaure 6, réduisant au minimum les efforts de frottement qui s'opposent aux mouvements de remontée. Par ailleurs, la membrane 86 se soulève de manière souple du support 81, 82, 83 et permet au liquide qui traverse le support de rincer le support, évitant ainsi tout dépôt de particules solides affectant l'étanchéité du piston pour le mouvement de remontée. Il est à remarquer que de manière générale la section du tube d'exhaure et celle du piston est circulaire sans que cette forme ne soit limitative et n'exclut pas de forme polygonale : hexagonale ou carrée, etc.. Les figures 4, 5, 6 montrent de manière plus détaillée la structure d'un piston tel que décrit cidessus. La figure 4 montre en coupe le support avec sa couronne extérieure 81, une branche coupée 82, la collerette du moyeu 83, une jambe coupée 85 et l'autre non coupée ainsi que la collerette du moyeu inférieur 84. La moitié de la membrane 86 est également représentée coupée, l'autre moitié n'est pas représentée. La figure 5, qui est une vue de dessus correspondant à la figure 4, montre la moitié de la membrane 86 et les différentes parties du support et notamment les rayons 82 laissant entre eux les intervalles pour le passage du liquide à pomper. La vue éclatée de la figure 6 montre ces différentes pièces, à savoir la membrane 86, le support et ses parties constitutives 81, 82, 83, 84, 85. Le support du piston est une pièce réalisée de préférence en une seule partie. I1 peut s'agir d'une pièce en matière plastique moulée. La membrane 86 est de préférence en une matière souple telle qu'un caoutchouc de synthèse ou une matière plastique. Les dimensions de la membrane sont telles que la membrane recouvre les orifices du support et arrive près de la surface intérieure du tube d'exhaure avec un intervalle au moins suffisant pour laisser un film de liquide le long de la paroi du tube. REVENDICATIONS 10) Pompe alternative verticale pour l'exhaure de liquides présents dans le sol, pompe comprenant - un tube d'exhaure (6) reliant le niveau de sortie de la pompe (4) à la nappe de liquide à pomper en plongeant dans cette nappe, - un clapet de fond (9) équipant l'extrémité inférieure du tube d'exhaure (6), laissant entrer le liquide dans le tube mais y retenant la colonne de liquide, - une tige (7, 71, 72) portant un ou plusieurs pistons (8), commandée en mouvement alternatif (C, D) pour faire mon ter la colonne de liquide, - chaque piston (8) laissant passer le liquide pendant son mouvement de descente dans la colonne et devant imperméa ble lors de son mouvement de remontée, - des moyens de commande (10, 11) reliés à la tige (7) et en commandant le mouvement de montée et de descente à l'intérieur du tube (6), pompe caractérisée en ce que - le piston (8) est formé d'un support à orifice(s) (81, 82, 83), monté solidaire en translation de la tige (7, 71, 72), - une membrane (86) formant clapet, reposant sur le support (81, 82, 83) pour fermer les orifices du piston (8) sous le poids de la colonne de liquide qui se trouve au-dessus ou libérer ces orifices lorsque le piston (8) descend dans la colonne d'eau dans le tube d'exhaure (6). 20) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support est une pièce en forme de roue à rayons comprenant une couronne extérieure (81) reliée par des branches radiales (82) à un moyeu (83) traversé par la tige (7, 71, 72). 30) Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le piston comporte un moyeu auxiliaire (84) situé en dessous du moyeu (83) de la roue et relié à la couronne (81) de la roue par des jambes (85). 40) Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que la couronne extérieure (81) a une section biseautée ou arrondie pour son contact avec la surface intérieure du tube (6) de la pompe. 50) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le clapet (9) est une membrane en forme de disque recouvrant toute la surface supérieure du support (81, 82, 83). 60) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube d'exhaure (6) est prolongé au-dessus du niveau du sol par un tube fontaine (3).