Brevet FR2754019A1 — publié le 19980403

- DESCRIPI ION - Pompe hydraulique refoulante ou aspirante refoulante actionnée par énergie pneumatique. Les particularités innovantes consistent en l'utilisation d'une part pour la partie hydraulique de plusieurs réservoirs ne contenant aucune pièce mobile et d'autre part d'une commande et d'une régulation, soit électrique, soit, de préférence pneumatique, permettant de disposer d'une installation antidéflagrante. Dans le cas de forage de faible profondeur, la partie hydraulique est constituée de deux réservoirs. Les deux réservoirs, de préférence de forme cylindrique, sont disposés soit côte à côte (fig. 3) soit superposés (fig. 1 et 2). Dans ce dernier cas, la forme et la disposition des tuyauteries hydrauliques et pneumatiques permettent l'utilisation de la pompe dans des forages. L'intérêt consiste également en la possibilité de pomper des liquides très chargés en particules solides, et des liquides corrosifs. L'absence de pièces mobiles permet d'obtenir une très bonne fiabilité et une maintenance réduite et simple. La pompe est constituée d'une partie hydraulique et d'une partie pneumatique. La partie hydraulique est constituée par deux réservoirs (1) et (2) de préférence cylindrique et superposés, à l'intérieur desquels sont installés d'une part deux tuyaux (3) et (4) d'arrivée d'un liquide ou de l'eau en provenance du puits ou de forage. Chaque réservoir est à sa partie inférieure en communication avec le liquide à pomper par une ouverture équipée d'un clapet de non-retour (5) et (6). Chaque réservoir est en communication avec la tuyauterie de refoulement (13) par une tuyauterie (7) et (8) débouchant à la partie inférieure de chaque réservoir (1) et (2). Chacune de ces deux tuyauteries (7) et (8) est équipée d'un clapet de non-retour (9) et (10). Les quatre clapets de non-retour (5) (6) (9) et (10) sont de préférence installés à l'extérieur des réservoirs. Il en résulte qu'aucune pièce mobile n'est située à l'intérieur des réservoirs. Ces tuyaux sont installés entièrement à l'intérieur des réservoirs, les traversant uniquement dans les parties horizontales inférieurs et supérieures. La forme cylindrique et les passages supérieurs et inférieurs de toutes les tuyauteries permettent l'utilisation de la pompe dans les forages. La partie pneumatique est constituée par une arrivée d'air comprimé, d'une vanne d'arrêt (15), d'un filtre (16), d'un régleur de vitesse, restriction réglable (17), d'un distributeur (14), de deux relais temporisateur (20) et (21) à sortie positive, et de deux sectionneurs purgeurs (24) et (25). A chaque arrêt, le distributeur est remis dans sa position de fin de course par un générateur d'impulsion (32) pilotant une logique de commande ou (33) pilotée également par le relais temporisateur (20). Les deux relais temporisés peuvent être remplacés par un générateur d'impulsion dont la durée des impulsions est réglable ou également par deux détecteurs de fuite pilotes par purgeurs des sectionneurs. Cette détection permet la commande d'un ou de deux distributeurs en fonction de la fin de la purge de chaque réservoir correspondant à la fin de son complet remplissage. Le fonctionnement de l'automaticité est réalisé par le distributeur (14) piloté par les relais (20) et (21). La sortie signal de chaque relais est en communication avec le distributeur, ces deux signaux constituant le pilotage du distributeur. Les cycles de pompage commandés par le distributeur se succèdent automatiquement après la mise en service par la vanne (15) ou par l'interruption du pompage effectué par la manoeuvre d'une vanne installée dans le tuyau (13) de refoulement de la pompe. Au repos, le liquide est introduit par gravité dans les réservoirs (1) et (2) les tuyaux (22) et (23) étant reliés à l'air extérieur par les sectionneurs purgeurs (24) et (25). A la mise en service par ouverture de la vanne (15) l'air comprimé est envoyé dans le réservoir (2) par le distributeur puis par le tuyau (27) relié au sectionneur purgeur (25) puis par le tuyau (23) débouchant à la partie supérieure du réservoir (2). A la mise sous pression d'air par le tuyau (27) le sectionneur met en communication le tuyau (27) avec le tuyau (23) et ferme le tuyau de purge (28). La pression de l'air comprimé s'exerce sur le liquide contenu dans le réservoir (2) et ce liquide est refoulé par l'ouverture (12) dans le tuyau (8) communiquant au tuyau (13). Le tuyau (27) pilote le relais temporisateur (20) qui, après une durée tl, réglable envoie par le tuyau (18) de l'air comprimé dans le distributeur (14). Soumis à cette pression, le distributeur se déplace et l'air comprimé est envoyé par le tuyau (26) dans le réservoir (1) par le sectionneur purgeur (24). En même temps le distributeur met en communication le tuyau (27) avec sa purge et le sectionneur purgeur (25) est actionné. L'air comprimé contenu dans le réservoir (2) est purgé par le tuyau (28). Le liquide remplit le réservoir (2). Le tuyau (26) met l'air comprimé en communication avec le réservoir (1) qui refoule le liquide dans le tuyau (7) et également avec le relais temporisateur (21) qu'il pilote. Ce relais, après une durée t2 réglable, met l'air comprimé en communication avec le distributeur par le tuyau (19). Après cette durée le relais (21) ouvre sa communication avec le tuyau (19) qui pilote le distributeur. De nouveau le réservoir (2) refoule le liquide par le tuyau (13) et le liquide remplit le réservoir (1). Les cycles se succèdent sans interruption jusque la fermeture de la vanne (15) ou l'arrêt de l'écoulement du liquide par une vanne raccordée au tuyau (13). L'ouverture de la vanne (15) ou de la vanne du tuyau (13) permet au liquide d'être refoulé, le distributeur (18) rentrant de nouveau en service. Les clapets anti-retour (9) et (10) interdisent au liquide contenu dans le tuyau (13) de refouler dans le réservoir lorsque ceux-ci ne sont pas alimentés en air comprimé. Les clapets anti-retours (5) et (6) interdisent au liquide contenu dans les réservoirs de refouler vers le puits ou le forage. La pompe est éventuellement aspirante et refoulante par l'utilisation d'un générateur de vide installé en amont du distributeur et raccordé aux tuyaux (28) et (29) de purge des sectionneurs (24) et (25). Le réglage de l'automaticité est réalisé en mesurant la durée du remplissage en liquide de chaque réservoir. Les deux relais temporisateurs doivent être réglés pour une durée de temporisation voisine de la durée de ce remplissage. Pendant la durée de refoulement les réservoirs ne doivent pas être entièrement vidés pour éviter l'introduction d'air dans les tuyaux (7) et (8). Cette condition est réalisée par le réglage du débit réalisé par la manoeuvre du régleur de vitesse (17). En cas de risque de manque de liquide à pomper, un pressostat (34) est installé en aval du régleur de vitesse (14). En cas de manque de liquide, l'interface air/liquide est rompu et la pression d'air diminue. Cette diminution de pression permet au pressostat de fermer l'alimentation du distributeur (14) en air comprimé. Ce signal peut être utilisé pour détecter le temps de pompage de chaque réservoir et de permettre ainsi de régler le régleur de vitesse (17). Chaque installation présente des caractéristiques physiques particulières en particulier la hauteur du liquide situé au dessus de la pompe, la hauteur de refoulement à réaliser, les pertes de charge des tuyauteries, ce qui nécessite ces réglages. Cependant, les appareils sont livrés avec un préréglage correspondant à la majorité des installations habituelles. Une vanne d'arrêt est installée entre le distributeur et le sectionneur purgeur alimentant en air comprimé le réservoir supérieur. Cette vanne permet de mettre hors service le réservoir supérieur dans le cas ou le niveau de l'eau est trop bas pour remplir le réservoir supérieur. Dans ce cas, seul le réservoir inférieur assure le pompage. Eventuellement, l'énergie pneumatique est fournie par un compresseur actionné manuellement par l'utilisateur. Dans ce cas, la régulation est limitée à l'utilisation d'une vanne quatre voies manuelle. Une des entrées de la pompe est alimentée en air comprimé en communication soit avec le tube aboutissant à un réservoir, soit avec le tube aboutissant à l'autre réservoir. A chacune de ces deux positions, la vanne met à la pression atmosphérique le tube isolé de l'air comprimé, ce qui permet la purge du réservoir correspondant. La manoeuvre de le vanne est réalisée par l'utilisateur qui est alerté de la fin du pompage d'un réservoir par l'absence subite de résistance dans la manoeuvre de production d'air comprimé due au manque d'eau dans le réservoir utilisé. Ce procédé est particulièrement utilisable dans les pays en voie de développement en raison de la fiabilité, de la simplicité d'utilisation et de maintenance de la pompe. La partie hydraulique pouvant être réalisée en métal résistant à la corrosion du liquide, la partie pneumatique étant anti-déflagrant, la pompe est particulièrement adaptée pour une utilisation dans l'industrie chimique et pétrolière et alimentaire. Pouvant pomper des liquides chargés, son utilisation est recommandée dans des forages ou puits situés dans des régions sablonneuses. La pompe est capable d'évacuer des eaux chargées. Pour diluer des boues formées dans le fond des récipients un dispositif permet de projeter de l'eau sous pression vers le fond boueux. Ce dispositif est constitué par deux tuyaux (32) et (33) équipés d'une petite vanne de réglage de débit raccordée aux tuyaux (4) auxquels sont fixés les clapets de non-retour (5) et (6). L'eau, située dans le réservoir sous pression d'air comprimé, est en partie pompée vers l'extérieur du récipient et en partie projetée contre le fond du récipient. La figure 4 représente le tuyau (32) relié au tuyau (4)équipé du clapet (6) fermé par la pression de l'eau située dans le réservoir (2). L'eau est projetée par le tuyau (32) contre le fond du réservoir. Le tuyau (33) est en communication avec le réservoir (1) à la pression atmosphérique. L'eau du puits est introduite par gravité dans le réservoir (1) en partie par le tuyau (33) et en partie par le clapet de non-retour (5) ouvert. Les vannes de réglage de débit permettent de moduler la proportion d'eau circulant dans le tuyau (32) et (33) par rapport à l'eau pompée vers l'extérieur. Eventuellement, une jupe (30) équipée d'ouvertures (31) est installée autour des clapets et des tuyaux (32) et (33). L'eau circulant dans les ouvertures (31) vers l'intérieur de la jupe, évite une propagation de l'eau boueuse vers l'extérieur de la jupe. Une maintenance réduite et simplifiée par un échange standard de la partie pneumatique, permettent l'utilisation de cette pompe dans des régions où la main d'oeuvre n'est pas spécialisée. Dans le cas de forage de très grande profondeur, la partie hydraulique est constituée par plus de deux réservoirs. Dans ce cas, les pressions d'eau sont très importantes, et les procédés actuellement utilisés sont difficilement mis en oeuvre. L'utilisation de plusieurs réservoirs ouverts à la pression atmosphérique, est une solution bien connue en montagne. Chaque réservoir ouvert constitue un palier au niveau duquel une pompe est utilisée pour refouler l'eau au palier supérieur. Le procédé, utilisé pour réaliser la présente invention, consiste à disposer d'une pompe constituée par plusieurs réservoirs superposés dont un sur deux est mis à la pression atmosphérique, chacun de ces réservoirs étant situé entre deux réservoirs sous pression. Alternativement, par des cycles répétitifs les réservoirs à la pression atmosphérique deviennent des réservoirs sous pression et inversement, les réservoirs sous pression deviennent des réservoirs à la pression atmosphérique. Les paliers de décompression sont mobiles. Les pressions subies par la pompe et les pressions d'air comprimé utilisées sont faibles. Un réservoir sur deux est à la pression atmosphérique, l'autre étant en remplissage ou en refoulement d'eau dans le réservoir supérieur voisin. La figure 5 représente l'exemple d'une pompe constituée par huit réservoirs superposés (35) à (42). Le réservoir situé à la partie supérieure de la pompe refoule l'eau dans la tuyauterie (60) de sortie de l'eau pompée. Les réservoirs sont réunis entre eux par un clapet de non-retour (44) à (50), le réservoir situé à la partie supérieure et le réservoir situé à la partie inférieure étant équipés d'un clapet anti-retour situés à chaque extrémité de la pompe (43) et (51). Chaque clapet de non-retour (44) à (51) est installé dans un tuyau débouchant à proximité du fond du réservoir inférieur, ou dans le puits (43). Un tuyau d'amenée d'air comprimé ou de purge de cet air débouche dans chaque réservoir à sa partie supérieure (52) à (59). L'eau située dans un réservoir est refoulée par la poussée de l'air comprimé, dans le réservoir supérieur, qui se purge de l'air qu'il contient. L'amenée d'air comprimé ou la purge sont réalisés par des sectionneurs purgeurs (69) à (76) Fig. 6. Ces opérations d'amenée d'air comprimé et de purge sont commandés par une régulation assurant des cycles répétitifs assurant le refoulement d'eau par la pompe dans la tuyauterie (60). Le dispositif constituant la régulation est représenté par la figure 2 dans le cas de deux réservoirs et par la figure 6 dans le cas d'utilisation de plus de deux réservoirs. Le fonctionnement de la régulation est décrit dans le cas représenté figure 2. Dans le cas représente figure 6, le tuyau le tuyau (26) de sortie d'air alimente en parallèle un sectionneur purgeur sur deux, l'autre sortie (27) du distributeur alimentant les autres sectionneurs purgeurs. Un réservoir alimente en air comprimé par le tuyau (26) est situé entre deux réservoirs alimentés par le tuyau (27) et inversement. A la mise en service de la pompe, le réservoir inférieur se remplit d'eau par gravité. Tous les autres réservoirs mis à la pression atmosphérique par les sectionneurs purgeurs sont remplis d'air. Âpres avoir fermé les vannes (61) à (68) installées en amont de chaque sectionneur purgeur, ouvrir la vanne (15) d'arrivée d'air comprimé. Le distributeur piloté par les relais (20) et (21) met sous pression d'air comprimé alternativement les tuyaux (26) et (27). La première opération consiste à ouvrir la vanne (61) reliée au sectionneur purgeur (69) alimentant le réservoir inférieur (35). L'eau contenue dans ce réservoir (35) est refoulée dans le réservoir (36) en communication par le tuyau équipé de la vanne de non-retour (44). Le schéma, page 8, indique la succession des huit opérations de mise en service de la pompe. Le signe,indique l'envoi d'air comprimé, le signetla purge d'air. Deuxième opération: mise sous pression d'air comprimé dans le réservoir (36), refoulement d'eau dans le réservoir (37) qui se purge de son air. Le réservoir (35) se remplis d'eau par gravité. Troisième opération : Envoi d'air comprimé dans les réservoirs (35) et (37), remplissage en eau et purge des réservoirs (36) et (38). Ainsi de suite pour obtenir la situation décrite en 9ème opération. Les réservoirs (36) (38) (40) et (42) sont remplis d'eau, les autre sont purgés d'air. Au cycle suivant, l'air comprimé est envoyé dans le réservoir supérieur (42) qui pulse l'eau dans la conduite (60) de refoulement d'eau par la pompe. Ces opérations de mise en service sont réalisées par les ouvertures successives des vannes (61) à (68) soit manuellement, soit par un programmateur, les vannes étant alors motorisées. Lorsque toutes les vannes (61) à (68) les cycles successifs sont commandés par la régulation, le distributeur envoyant de l'air comprimé dans les réservoirs alternativement par les tubes (26) ou (27). La durée de chaque cycle dépendant du temps de remplissage en eau des réservoirs, en particulier du réservoir inférieur (35), est déterminé par le réglage des deux relais temporisés, la vitesse de refoulement étant déterminée par le réglage du régleur de vitesse (17). La présente demande de brevet consiste en une amélioration et un complément du développement de l'invention décrite dans la demande de brevet N" 96126 déposée le ler Octobre 1996. Les caractéristiques à ces deux demandes de brevet concernant l'utilisation de RtSERVOIR OPÉRATION N0 35 36 37 38 39 40 41 42 MISE EN D X ~ ~ SERVICE F X 1 D i t ~ r OPÉRATION F X OPtRAMON F X X . 3e D i t X== = OPÉRATION F X > 4o D / t ~ ~ OPÉRATION F X X X 5o D X t X t X t = = OPÉRATION F X X X OPÉRATION F X X X z ~ D X t > K t > ( t K t OPÉRATION F , X 2 ~ X ~ X 8 D ~x ~ X t X t X OPÉRATION F X X X X 9 D X t X ~ X t X ~ OPÉRATION F ~ S ~ X ~ X X plusieurs réservoirs alimentés en air comprimé refoulant l'eau contenue dans un réservoir dans un autre réservoir, le raccordement hydraulique des réservoirs par des tubes équipés de clapets de non-retour, la régulation assurant les cycles répétitifs du fonctionnement. REVENDICATIONS 10 - Dispositif réalisant une pompe hydraulique actionnée par de l'air comprimé caractérisé en ce qu'il est constitué par plusieurs réservoirs (1) (2) Fig. 1 (35 à 42) Fig. 5 côte à côte ou superposés communiquant entre eux, avec le forage ou le puits et avec le conduit de refoulement (13) Fig. 2 et 3 (60) Fig. 5 du liquide à l'extérieur de la pompe, par des tuyaux (5) (6) (7) et 8 Fig. 2 équipés intérieurement de clapets (5) (6) (9) (10) Fig. 2 (43) à (51) Fig. 5 de non-retour, chaque réservoir étant alimenté en air comprimé (22) (23) Fig. 2, (22) (23) Fig. 3 (52) à (59) Fig. 5 et 6 (61) à (76) Fig. 6 par l'intermédiaire d'une régulation. 2" - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la pompe est constituée par deux réservoirs superposés (1) (2) Fig. 1 et 2, d'une part deux tuyaux (7) (8) Fig. 1 et 2 équipés chacun d'un clapet de non-retour (9) et (10) Fig. 1 et 2 sont en communication avec le conduit de refoulement du liquide (13) Fig. 2 à l'extérieur de la pompe et débouchent à l'intérieur de chaque réservoir (11) (12) Fig. 2, l'un à proximité du fond d'un réservoir, l'autre à proximité du fond de l'autre réservoir et, d'autre part, deux tuyaux (3) (4) Fig. 2 équipés chacun d'un clapet de non-retour(5) (6) Fig. 1 et 2 sont en communication avec l'eau du forage, Pautre extrémité débouchant à l'intérieur (11) (12) Fig. 2 de chaque réservoir à proximité de son fond intérieur. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pompe est constituée par plus de deux réservoirs superposés(35) à (42) Fig. 5, d'une part, un tuyau équipé intérieurement d'un clapet de non-retour (44) à (51) Fig. 5 communique avec chaque réservoir à sa partie inférieure et débouche à proximité du fond du réservoir inférieur, d'autre part un tuyau équipé d'un clapet de non-retour (43) Fig. 5 communique avec l'intérieur du réservoir inférieur de la pompe, à proximité de son fond et débouche dans le forage, un autre tuyau équipé d'un clapet de non-retour (51) Fig. 5 communique avec l'intérieur du réservoir supérieur, à proximité de son fond et débouche dans le conduit de refoulement de (60) Fig. 5 la pompe. 4" - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la régulation est constituée par un distributeur pneumatique (14) Fig. 2 et 6 dont les sorties alimentent (26) (27) Fig. 2 et 6 en air comprimé des sectionneurs purgeurs (24) (25) Fig. 2) (69 à (76) Fig. 6, chacun d'entre eux alimentant en air comprimé chaque réservoir à sa partie supérieure et assurant la purge du réservoir lorsque le régulateur ne lui fournit plus d'air comprimé. 50-Dispositif selon la revendication 1 et 2 caractrisé en ce que le distributeur est alimenté en air comprimé par un tuyau équipé d'un variateur de vitesse (17) Fig. 2 et 6, restriction réglable, d'un pressostat (34) Fig. 2 et 6 et est piloté soit par deux relais temporisateurs (20) (21) Fig. 2 et 6 chacun étant commandé par la pression d'air générée par le distributeur (26) (27) Fig. 2 et 6 pour alimenter un ou plusieurs sectionneurs purgeurs, soit par un générateur d'impulsion, soir par un capteur de fuite. 6" - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la régulation est constituée uniquement par une vanne manuelle quatre voies dont une voie est raccordée à l'alimentation en air comprimé, éventuellement fourni par une pompe pneumatique manuelle, deux autres voies étant raccordées chacune à un des deux réservoirs, la troisième voie débouchant à l'air libre en communication alternativement avec la voie hors pression d'air comprimé et assurant ainsi la purge du réservoir correspondant. 7" - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que une (26) Fig. 6 des deux sorties d'air comprimé du distributeur alimente en parallèle, par l'intermédiaire des séctionneurs purgeurs(69) (71) (73) (75) Fig. 6, en air comprimé (52) (54) (56) (58) Fig. 6 un réservoir sur deux (35) (37) (39) (41) Fig. 5, l'autre sortie (27) Fig. 6 d'air comprimé du distributeur alimente en parallèle (53) (55) (57) (59) Fig.6, par l'intermédiaire des sectionneurs purgeurs (70) (72) (74) (76) Fig. 6 les autres réservoirs (36) (38) (40) (42) Fig. 6, chacun de ces réservoirs étant situé entre deux réservoirs alimentés en air comprimé par l'autre sortie (27) Fig. 6 d'air comprimé du distributeur. 8" - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que des vannes (61) à (68) Fig. 6 sont installées en amont de chaque sectionneur purgeur, ces vannes étant éventuellement motorisées et commandées par un programmateur. 90 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un générateur de vide (17) Fig. 2 et 5 installé en amont du distributeur est raccordé en série au tuyau d'alimentation en air comprimé du distributeur, la sortie en dépression du générateur de vide étant raccordée en parallèle aux sorties de purge des sectionneurs purgeurs. 10 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par deux tuyaux (32) (33) Fig. 4 équipés d'une vanne de réglage de débit, courbés et communiquant chacun avec le tuyau (5) (6) équipé du clapet de non retour inférieur, une jupe (30) Fig. 4 présentant des ouvertures (31) Fig. 4, fixée à la pompe, entourant les clapets et les deux tuyaux (5) (6) Fig. 4.