Brevet FR2774729A1 — publié le 19990813

La présente invention concerne un système de pompage de liquide. Un tel système de pompage peut travailler en pompe avec divers liquides. Une application d'un tel système de pompage peut consister en un canon à liquide, tel que de l'eau, pouvant projeter à forte distance un liquide à un rythme contrôlable, par exemple, pour l'arrosage de cultures ou comme canon à eau d'incendie ou anti-émeutes. Pour projeter un liquide, on utilise généralement des pompes centrifuges qui sont couplées à un moteur thermique. L'inconvénient de telles pompes est qu'elles nécessitent une relativement forte puissance. Par exemple, une pompe centrifuge qui débite 1300 litres/minute à une pression de 12 bars demande une puissance du moteur thermique qui l'entraîne de 120 CV. Le but de l'invention est de proposer un système de pompage de liquides qui permette de réduire considérablement cette puissance requise pour une projection dudit liquide, par exemple dans un rapport de 8 à 10. A cet effet, un système de pompage d'un liquide selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué d'une chambre pourvue d'un orifice d'introduction dans ladite chambre d'un liquide issu d'une source, d'un orifice pour l'évacuation dudit liquide hors de ladite chambre et d'un orifice opposé audit orifice d'évacuation dudit liquide pour l'introduction de gaz sous pression, chaque orifice étant pourvu d'une vanne, lesdites vannes étant commandées de manière synchronisée selon deux phases, une première phase dite de remplissage dans laquelle la vanne associée à l'orifice d'introduction est ouverte alors que les deux autres vannes sont fermées permettant ainsi le remplissage de la chambre, et une seconde phase dite d'expulsion dans laquelle la vanne associée à l'orifice d'introduction est fermée alors que les deux autres vannes sont ouvertes, permettant l'introduction du gaz sous pression dans la chambre par l'orifice d'introduction expulsant ainsi le liquide contenu dans la chambre par l'orifice d'évacuation. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite chambre est pourvue d'un évent à l'opposé de l'orifice d'introduction du liquide, ledit évent étant lui-même pourvu d'une vanne qui s'ouvre et se ferme en même temps que la vanne associée à l'orifice d'introduction du liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention alternative à la précédente, ladite chambre est pourvue d'un orifice relié, via une vanne, à une pompe à vide, ladite vanne s'ouvrant et se fermant en même temps que la vanne associée à l'orifice d'introduction du liquide. 2 2774729 Selon une autre caractéristique de l'invention, la vanne associée à l'orifice d'introduction se trouve à l'extrémité de ladite chambre qui est pourvue de l'orifice d'évacuation, ledit évent se trouvant à l'autre extrémité. Selon une autre caractéristique de l'invention, il comporte des moyens de détection de niveaux de liquide dans ladite chambre dont les signaux sont fournis à une unité de commande prévue pour pouvoir commander l'ouverture et la fermeture desdites vannes. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite chambre présente, côté de son orifice d'évacuation, une partie tronconique se resserrant vers ledit orifice d'évacuation. La présente invention concerne également un ensemble de systèmes de pompage conformes à un système de pompage tel qu'il vient d'être décrit. Selon l'invention, il est caractérisé en ce que chaque système est commandé de manière que les phases d'évacuation de chaque système d'évacuation se suivent les unes après les autres, et que pendant que celle d'un système est en oeuvre, des phases de remplissage sont mises en oeuvre dans les autres systèmes. Selon une autre caractéristique de cet ensemble, le nombre n de systèmes d'évacuation dudit ensemble est tel que n fois le temps d'évacuation correspondent à un temps de remplissage. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est un schéma montrant une installation de pompage d'eau utilisant un système de pompage selon l'invention, la Fig. 2 est un schéma montrant une installation de pompage d'eau utilisant un système de pompage selon une variante de l'invention, la Fig. 3 montre un schéma d'un corps d'un système de pompage selon l'invention dans un mode particulier de réalisation, la Fig. 4 est un schéma d'un ensemble de systèmes de pompage selon l'invention, et la Fig. 5 est un diagramme illustrant le fonctionnement d'un ensemble conforme à celui de la Fig. 4. 3 2774729 L'installation représentée à la Fig. 1 est essentiellement constituée d'un système de pompage selon l'invention 100, d'une source 20 d'un liquide et d'une pompe de compression 30 destinée à fournir un gaz sous relativement haute pression. Par exemple, ce gaz est de l'air. Le système de pompage 100 visible sur cette Fig. 1 est essentiellement constitué d'un corps formant en son intérieur une chambre 10 fermée, par exemple mais pas nécessairement cylindrique. Ledit corps 10 est pourvu d'un orifice 1il prévu pour l'introduction du liquide de la source 20 dans ladite chambre du corps 10 et d'un orifice 12 pour l'évacuation hors de ladite chambre du corps 10 du liquide qu'elle contient. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'orifice d'introduction 11 et l'orifice d'évacuation 12 se trouvent dans la partie inférieure du corps 10, lequel a son axe longitudinal qui est vertical. Ce corps 10 est encore pourvu d'un orifice 13 qui est opposé audit orifice d'évacuation dudit liquide 12 et qui est prévu pour permettre l'introduction dans la chambre du corps 10 du gaz sous haute pression fourni par la pompe de compression 30. Le corps 10 est également pourvu d'un évent 14 qui se trouve à l'opposé de l'orifice d'introduction 12. Le système de pompage 100 comporte encore une vanne 15 placée sur la canalisation entre la source 20 et l'orifice d'introduction 11, une vanne 16 placée sur l'orifice d'évacuation 12, une vanne 17 placée sur la canalisation entre la pompe 30 et l'orifice d'introduction 13 et une vanne 18 placée sur l'évent 14. Les vannes 15 à 18 sont commandées en synchronisme au moyen d'une unité de commande 40 qui reçoit par ailleurs les signaux, d'une part, d'un détecteur de niveau bas 42 et, d'autre part, d'un détecteur de niveau haut 41. Le fonctionnement du système de pompage 100 selon l'invention est le suivant. Dans une première phase appelée phase de remplissage, on effectue le remplissage de la chambre du corps 10 avec un volume de liquide issu de la source 20. Pour ce faire, on ouvre la vanne d'introduction 15 et la vanne de l'évent 18, la vanne d'introduction de gaz 13 et la vanne d'évacuation 16 étant elles fermées. Le liquide issu de la source 20 entre par gravité dans la chambre du corps 10, et ce via l'orifice d'introduction 11. Le remplissage se fait jusqu'à ce que le liquide atteigne le niveau du détecteur haut 41, lequel transmet un signal à l'unité de commande 40 qui déclenche la fermeture des vannes 15 et 18. 4 2774729 On notera que l'évent 14 sert à l'évacuation de l'air qui est chassé de la chambre du corps 10 par son remplissage de liquide. Dans une seconde phase appelée phase d'évacuation, la vanne d'introduction de gaz 17 est ouverte ainsi que la vanne d'évacuation 16. i en résulte la présence à la surface du liquide qui est opposée à l'orifice 12, d'une pression de gaz donnée par la pompe 30 qui a pour effet d'appuyer sur cette surface et de permettre l'évacuation du liquide par l'orifice 12. Le liquide est expulsé et projeté sous la forme d'un jet de forte puissance. On notera que, selon un mode préféré, la seconde phase commence aussitôt après la fin de la première phase. En conséquence, les vannes 16 et 17 s'ouvrent aussitôt la fermeture des vannes 15 et 18. On notera que l'ouverture de la vanne 16 peut légèrement être retardée par rapport à l'ouverture de la vanne 17. Lorsque le niveau de liquide correspond à celui du détecteur bas 42, un signal est transmis à l'unité de commande 40 qui déclenche la fermeture des vannes 16 et 17. L'unité de commande 40 peut alors déclencher de nouveau la première phase du processus. Avec un tel système, la puissance consommée nécessaire à son fonctionnement a été de l'ordre de 11 CV alors que, pour avoir des mêmes performances de pression et de débit du jet d'eau obtenu une puissance de 120 CV est nécessaire avec une pompe centrifuge. Dans l'exemple de réalisation de la Fig. 2, l'évent 14 est remplacé par un orifice 14 relié, via la vanne 18, à une pompe d'aspiration 50. Le fonctionnement est similaire à celui de l'exemple de réalisation représenté à la Fig. 1, à la différence que l'introduction du liquide de la source 20 ne se fait plus par gravité mais en effectuant un vide dans la chambre du corps 10 au moyen de la pompe d'aspiration 50. On notera encore qu'on pourrait remplacer les détecteurs 41 et 42 par un pressostat qui, lorsque la pression dans le corps 10 atteint en montant une valeur limite supérieure, permet la commande de la fermeture des vannes 15 et 18 et qui, lorsque la pression dans le corps 10 atteint en descendant une valeur limite inférieure, permet la commande de la fermeture des vannes 16 et 17. On a représenté à la Fig. 3, un corps 10 d'un système de pompage selon l'invention avec ses orifices d'introduction 1 1 et 13 et son orifice d'évacuation 12 et son évent (ou orifice d'aspiration) 14. Ce corps 10 présente la particularité de comprendre 2774729 dans sa partie inférieure, une partie tronconique 1 Oa se resserrant vers l'orifice d'évacuation 12. On a pu montrer que cette caractéristique était intéressante pour obtenir une pulvérisation fine en fin de jet du fait du mélange d'eau et de gaz qui a lieu en fin d'évacuation. A la Fig. 4, on a représenté une installation à n systèmes de pompage 101 à 1 On identiques au premier mode de réalisation représenté à la Fig. 1. On notera cependant que lesdits systèmes pourraient être identiques au second mode de réalisation de la Fig. 2. Dans cette Fig. 4, les vannes 15 à 18 de chaque système 101 à O10n n'ont pas été représentées pour des raisons de clarté de la Fig. 4. La source 20 est donc reliée aux n entrées d'introduction 11 des n systèmes de pompage 101 à 10n, et ce via n vannes 15 respectives (voir Fig. 1). De même, la pompe de compression 30 est reliée aux n entrées d'introduction de gaz sous pression 13 des n systèmes de pompage 101 à 10 On, et ce via n vannes 17 respectives (voir Fig. 1) et les n orifices d'évacuation 12 sont reliés à une sortie S. On remarquera les évents 14 qui sont eux aussi reliés à des vannes respectives 18 (voir Fig. 1). L'unité de commande 40 commande chaque système 10i (i pouvant varier de 1 à n) de la manière indiquée ci-dessus, c'est-à-dire selon deux phases, une phase de remplissage I et une phase d'évacuation II, phases qui sont déclenchées et interrompues après réception des signaux de niveau issus des détecteurs 41 et 42 de chaque système 10Oi. A la Fig. 5, on a représenté comment ces phases 1 et II se déroulent dans le temps pour chaque système de pompage d'une installation qui en comporte 3 (n = 3). On remarque, sur cette Fig. 5, que la durée de la phase de remplissage I est plus importante que celle de la phase d'évacuation II. Au temps tO, le système 101 commence à se remplir, le système 102 évacue et le système 103 finit de se remplir. Au temps tl, le système 101 se remplit toujours, le système 102 a fini l'évacuation et commence à se remplir et le système 103 commence l'évacuation. Au temps t2, le système 101 finit de se remplir et commence l'évacuation, le système 102 se remplit toujours et le système 103 a fini l'évacuation et commence son remplissage. On constate que les phases d'évacuation II se suivent les unes après les autres, et que pendant que celle d'un système est en oeuvre, des phases de remplissage sont mises en oeuvre dans les autres systèmes. Avantageusement, on choisira un nombre n de systèmes tels que n fois la durée de la phase d'évacuation II correspondent à celle de la 6 2774729 phase de remplissage I. En effet, dans ce cas, le débit sur la sortie S est sensiblement constant. 7 2774729 REVENDICATIONS 1) Système de pompage d'un liquide, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une chambre (10) pourvue d'un orifice (11) d'introduction dans ladite chambre (10) d'un liquide issu d'une source (20), d'un orifice (12) pour l'évacuation dudit liquide hors de ladite chambre (10) et d'un orifice (13) opposé audit orifice (12) d'évacuation dudit liquide pour l'introduction de gaz sous pression, chaque orifice (11, 12, 13) étant pourvu d'une vanne (15, 16, 17), lesdites vannes (15, 16, 17) étant commandées de manière synchronisée selon deux phases, une première phase (I) dite de remplissage dans laquelle la vanne (15) associée à l'orifice d'introduction (11) est ouverte alors que les deux autres vannes (16 et 17) sont fermées permettant ainsi le remplissage de la chambre (10), et une seconde phase dite d'expulsion dans laquelle la vanne (15) associée à l'orifice d'introduction (11) est fermée alors que les deux autres vannes (16 et 17) sont ouvertes, permettant l'introduction du gaz sous pression dans la chambre (10) par l'orifice d'introduction (13) expulsant ainsi le liquide contenu dans la chambre (10) par l'orifice d'évacuation (12). 2) Système de pompage de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre (10) est pourvue d'un évent (14) à l'oppose de l'orifice (11) d'introduction du liquide, ledit évent (14) étant lui- même pourvu d'une vanne (18) qui s'ouvre et se ferme en même temps que la vanne (15) associée à l'orifice (11) d'introduction du liquide. 3) Système de pompage de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre (10) est pourvue d'un orifice (14) relié, via une vanne (18), à une pompe à vide (50), ladite vanne (18) s'ouvrant et se fermant en même temps que la vanne (15) associée à l'orifice (11) d'introduction du liquide. 4) Système de pompage de liquide selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la vanne (15) associée à l'orifice d'introduction (11) se trouve à l'extrémité de ladite chambre (10) qui est pourvue de l'orifice d'évacuation (12), ledit évent (14) se trouvant à l'autre extrémité. ) Système de pompage de liquide selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (41 et 42) de niveaux de liquide dans ladite chambre (10) dont les signaux sont fournis à une unité de commande (40) prévue pour pouvoir commander l'ouverture et la fermeture desdites vannes (15 à 17). 8 2774729 6) Système de pompage de liquide selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite chambre (10) présente, côté de son orifice d'évacuation (12), une partie tronconique (10a) se resserrant vers ledit orifice d'évacuation (12). 7) Ensemble de systèmes de pompage conformes à un système de pompage selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque système est commandé de manière que les phases d'évacuation (11) de chaque système d'évacuation se suivent les unes après les autres, et que pendant que celle d'un système est en oeuvre, des phases de remplissage (I) sont mises en oeuvre dans les autres systèmes. 8) Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nombre n de systèmes d'évacuation dudit ensemble est tel que n fois la durée de la phase d'évacuation (II) correspondent à celle de phase de remplissage I.