Brevet FR2783021A1 — publié le 20000310

La présente invention concerne une pompe réversible pour fluides pouvant fonctionner à débit constant aussi bien à l'aspiration qu'au refoulement et un système hydraulique utilisant une telle pompe. Elle concerne plus particulièrement une pompe réversible à deux éléments de pompage à fonctiomnnement alternatif intercomnnectés en série ou en parallèle pouvant fonctionner à débit constant aussi bien à l'aspiration qu'au refoulement dans un système de circulation de fluides conmme on en trouve dans différents types d'industrie. La pompe selon l'invention trouve des applications notamment dans les systèmes de chromatographie. Etat de la technique - Différents types de pompe peuvent être utilisés pour faire circuler des mélanges liquides. On connaît par exemple les pompes à fonctionnement alternatif combinant généralement deux unités de pompage linéaire à mouvement alternatif disposées en parallèle. - Suivant le mode de réalisation de la Fig. 1, chacune des deux unités en parallèle comprend une tige 1 formant piston, coulissant dans un cylindre 2 communiquant par l'intermédiaire d'un clapet unidirectionnel 4 ouvrant en phase d'aspiration, avec une canalisation d'entrée 3 issue d'un premier T de distribution T1 d'un liquide L. Les deux unités PU1, PU2 communiquent également par une canalisation de sortie et par l'intermédiaire de clapets 6 ouvrant en phase de refoulement, avec un deuxième T de distribution T2. Les deux unités PU1, PU2 sont commandées en déphasage par des moyens moteurs M, sous le contrôle d'un organe de contrôle PC, de façon que la phase d'aspiration de l'une corresponde sensiblement à la phase de refoulement de l'autre. Différents types de moyens moteurs M peuvent être utilisés. L'enfoncement plus ou mOinS grand de chaque tige 1 dans son cylindre 2, peut être assuré par exemple (Fig.3) par la translation d'une vis 7 en appui sur la tête du piston 1 par l'intermnnédiaire d'une butée à bille 8. Les moyens de translation de la vis comportent par exemple un écrou 9 adapté à la vis 7, qui est logé par exemple dans le rotor creux d'un moteur électrique 10 fixe et entrainé par lui en rotation. On change le sens de translation de la vis en intervertissant le sens de rotation du moteur à chaque demi-cycle de pompage. Suivant un deuxième mode de réalisation (Fig.4), l'enfoncement plus ou moins grand de la tige 1 dans le corps 2, est assuré par la rotation d'une came 11 en appui contre la tête du piston 1, dont l'axe 12 est entraîné en rotation par un moteur 13. L'enfoncement plus ou moins grand du piston 1 dans la cavité intérieure du corps 2, est obtenu en changeant l'excentrement A de la came sur son axe. Dans l'un ou l'autre cas, l'entraînement du moteur 13 est commandé par un calculateur de pilotage PC. La vitesse de chaque piston 1 diminue en fin de course. Il en est de même par conséquent du débit qu'il refoule. Si l'on veut que le débit de refoulement global des deux unités PU1, PU2 (Fig. 1) soit sensiblement constant, il faut que la somme des vitesses des deux pistons reste constante et donc que l'unité PU2 par exemple, commence sa phase de refoulement avant que la première unité PU1 n'en aie tout à fait terminé Durant la fraction relativement courte de chaque cycle o les deux unités refoulent en même temps, le débit d'aspiration est nul, ce qui a pour résultat que le débit de la pompe à l'aspiration est pulsé. Dans une pompe à deux unités PUI, PU2 disposées en série (Fig.2), l'unité PU1 aspire du fluide hors d'un réservoir R de fluide par un conduit TE sur lequel est interposé une première valve anti-retour V1. Elle le refoule au travers d'une deuxième valve anti-retour V2, vers l'unité PU2. Celle-ci refoule le fluide pompé par un conduit TS vers la sortie de la pompe. Quand le piston 1 de l'unité PU1 est en phase de refoulement et qu'il chasse un volume AV vers l'unité PU2 en aval, on commande le retrait du piston 1 de l'unité PU2, de façon qu'il aspire un volume AVs = AV/2, en le prélevant sur le volume refoulé par la première unité PU 1. Le volume expulsé vers le conduit TS est donc égal à AV/2. Quand le piston 1 de la même première unité PU1 passe en phase d'aspiration avec fermeture du clapet V2, le piston 1 de la deuxième unité PU2 passe en phase de refoulement et expulse vers le conduit TS le volume AVs = AV/2 précédemment aspiré. Le débit expulsé par le conduit TS est constant à condition de choisir les lois de mouvement appliquées aux deux pistons, de façon que la somme de leurs vitesses respectives soit constante en permanence. Un exemple de pompe de ce type est décrit dans le brevet FR 2 726 332 (US 5 755 561) des t10 demandeurs. Définition de l'invention: La présente invention concerne un procédé de pompage de fluide dans un circuit comportant l'utilisation sur ce circuit d'une pompe à au moins deux unités de pompage alternatif de fluide comprenant chacune un cylindre et un piston déplaçable dans le cylindre, avec pour les pistons des lois de déplacement imposées convenablement déphasés l'une par rapport à l'autre pour obtenir un premier mode de fonctionnement correspondant soit à débit d'aspiration sensiblement constant soit à débit de refoulement sensiblement constant. Le procédé de pompage est caractérisé en ce que l'on fait fonctionner la pompe dans le même circuit suivant un deuxième mode de fonctionnement complémentaire du premier mode, par une inversion du sens de déplacement des pistons de façon à leur appliquer des lois de déplacement symétriques de celles correspondant au premier mode. Le système de pompage de fluide dans des canalisations selon l'invention comporte au moins une pompe pourvue d'au moins deux unités de pompage alternatif de fluide comprenant chacune un cylindre et un piston déplaçable dans le cylindre. Il comporte des moyens de déplacement alternatif des deux pistons, adaptés à appliquer respectivement aux pistons des unités de pompage des lois de déplacement (f(t), g(t)) en fonction du temps t, convenablement déphasées l'une par rapport à l'autre, pour obtenir un premier mode de fonctionnement de la pompe à débit d'aspiration ou de refoulement sensiblement constant. Le système de pompage est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'inversion agissant sur les moyens de déplacement des deux pistons pour appliquer des lois de déplacement (- f(t), - g(t)) symétriques des précédentes et obtenir pour la pompe un deuxième mode de fonctionnement complémentaire du premier mode, à débit de refoulement ou d'aspiration sensiblement constant. Suivant un mode de mise en oeuvre, les moyens inversibles de déplacement de chaque piston comportent une vis déplacée alternativement parallèlement à son axe, par un moteur d'entraînement, et un organe de commande pour changer alternativement le sens de rotation du moteur d'entraînement en accord avec le mode de fonctionnement choisi. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, les moyens inversibles de déplacement de chaque piston comportent des cames profilées entraînées en rotation par un même moteur, et un organe de commande pour piloter le moteur en fonction du mode de fonctionnement choisi. Le système de pompage peut comporter plusieurs pompes installées par exemple sur différentes conduites d'un ensemble de conduites et un dispositif de contrôle adapté à choisir pour chacune des pompes le premier ou le deuxième mode de fonctionnement de façon à respecter des conditions déterminées de circulation dans l'ensemble de conduites. Suivant un exemple de réalisation, le système de pompage comporte plusieurs pompes dans un circuit et sur des branches d'injection et/ou d'extraction de fluides, le dispositif de contrôle étant adapté à commander les moteurs des différentes pompes de façon que la somme des volumes des fluides injectés à débit constant suivant le deuxième mode de fonctioimement soit sensiblement égale à la somme des volumes des fluides extraits à débit constant suivant le premier mode de tfonctionnement. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du système selon l'invention, apparaîtront h la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatif de réalisation, en se référant aux dessins annexés o: - la Fig. 1 montre schématiquement un premier type de pompage alternatif à deux unités en parallèle; - la Fig.2 montre schématiquement un deuxième type de pompage alternatif à deux unités en parallèle - la Fig.3 montre schématiquement un premier mode d'entraînement d'un piston de pompe mu par une vis; - la Fig.4 montre schématiquement un deuxième mode d'entraînement d'un piston de pompe au moyen d'une came; i5 - la Fig.5 montre un exemple de lois de déplacement respectives des pistons de unités de pompage de la Fig. 1, convenablement décalées l'une par rapport à l'autre de façon à obtenir un débit de refoulement constant; et - la Fig.6 montre schématiquement une boucle telle qu'on en trouve par exemple en chromatographie, o les pompes selon l'invention peuvent être utilisées pour respecter avec précision des contraintes de débit. DESCRIPTION DETAILLEE. On considère par exemple une pompe telle que celle schématisée à la Fig. 1 o les deux unités de pompage en parallèle PU1, PU2 sont animées par les moyens d'entraînement des Fig.3 ou 4, de lois de déplacement respectivement f(t) et g(t) comme représentées à la Fig.5. Les deux fonctions f(t) et g(t) sont décalées l'une par rapport à l'autre de façon que les phases de refoulement ne soient pas tout à fait disjointes dans le temps. On obtient ainsi un débit de refoulement constant si la somme des dérivées f (t) et g'(t) de ces deux fonctions reste constante. Durant l'intervalle de temps d o les deux pistons se déplace dans le même sens, le débit d'aspiration est bien évidemment nul. Le procédé de pompage selon l'invention consiste essentiellement selon les cas qui seront décrits ci-après à commander la rotation du ou de chaque moteur d'entraînement des cames ou des vis des pompes (Fig. 1 ou 2) de façon à donner aux pistons des lois de déplacements f(t) et g(t) dans un sens et des déplacements symétriques -f(t) et -g(t) dans le sens opposé avec pour effet que dans le premier sens on obtient par exemple un refoulement à débit constant, et dans le sens opposé, une aspiration à débit constant et ceci pour la même pompe, sans modifier en aucune sorte ses branchements sur la ligne o elle est placée. Dans le premier cas, c'est le débit à l'aspiration qui va présenter des fluctuations. Dans l'autre sens, c'est le débit au refoulement qui présente des fluctuations. L'usage d'une telle pompe est avantageux dans tous les domaines d'application o seulement l'un des critères: débit d'aspiration constant ou débit de refoulement constant, est important. C'est le cas, dans des systèmes hydrauliques o des conditions déterminées de circulation des fluides sont imposées: circulent différents fluides avec des débits de consigne fixées pour différents débits en un ou plusieurs endroits, pour la bonne marche d'un processus en cours. Comme exemple, on peut prendre les systèmes de séparation de type à lit mobile simulé tel que celui décrit dans le brevet FR 2 651 149 ou la demande de brevet FR 97/05 485. Comme schématisé sur la Fig.6, un tel système comporte un ensemble de colonnes ou fractions de colonnes interconnectées en série, formant une boucle fermée L. Le long( de cette boucle sont répartis des points d'injection el, e2 pour un mélange à séparer et un solvant ou désorbant, et des points si, s2 d'extraction de fluides: extrait et raffinat, délimitant différentes zones. Les fluides sont injectés aux points d'injection el, e2 par l'intermédiaire de pompes P1, P2. Les fluides sont extraits aux points de soutirage s 1, s2 respectivement par des pompes P3, P4. Dans un tel système, il importe que les injections et les extractions soient effectuées à débits bien constants non pulsés. On peut utiliser les pompes décrites plus haut en choisissant pour chacune d'elles le mode de commande approprié à l'emplacement o elle se trouve branchée. Ainsi sur les branches arrivant en el, e2, on choisit pour les pompes Pi, P2, le mode convenant pour obtenir un refoulement à débit constant non pulsé, les pulsations éventuelles à l'entrée de ces deux pompes n'ayant pas d'incidence sur le fonctionnement de la boucle. Sur les branches partant aux points si, s2, on choisit pour les pompes P3, P4 un mode de fonctionnement o, au contraire, c'est le débit d'aspiration qui est bien constant et non pulsé. Les pulsations éventuelles à leurs sorties n'ont pas non plus d'incidence sur le fonctionnement de la boucle. Sur la boucle, est installée une pompe de circulation P5 ayant un débit constant aussi bien à l'aspiration qu'au refoulement. On peut choisir par exemple une pompe à trois unités de pompage telle que décrite dans la demande de brevet FR 97/11149 des demandeurs. REVENDICATIONS 1) Procédé de pompage de fluide dans des conduits comportant l'utilisation sur ces conduits, d'une pompe à au moins deux unités de pompage alternatif de fluide (PU1, PU2) comprenant chacune un cylindre (2) et un piston (1) déplaçable dans le cylindre, avec pour les deux pistons des lois de déplacement imposées (f(t), g(t)) convenablement déphasés l'une par rapport à l'autre pour obtenir un premier mode de fonctionnement correspondant soit à débit d'aspiration sensiblement constant soit à débit de refoulement sensiblement constant, caractérisé en ce que l'on fait fonctionner la pompe dans le même circuit suivant le mode de fonctionnement complémentaire par une inversion du sens de déplacement des pistons de façon à appliquer aux pistons des lois de déplacement (- f(t), - g(t)) symétriques de celles correspondant au premier mode. 2) Système pour pomper des fluides dans des conduits, comportant au moins une pompe à au moins deux unités de pompage alternatif de fluide (PU1, PU2) comprenant chacune un cylindre (2) et un piston (1) déplaçable dans le cylindre, des moyens de déplacement alternatif des deux pistons, adaptés à appliquer respectivement aux pistons des unités de pompage des lois de déplacement (f(t), g(t)) en fonction du temps t, convenablement déphasées l'une par rapport à l'autre, pour obtenir un premier mode de fonctionnement de la pompe à débit d'aspiration ou de refoulement sensiblement constant, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'inversion agissant sur les moyens de déplacement des deux pistons pour appliquer des lois de déplacement (- f(t), - g(t)) symétriques des précédentes et obtenir un deuxième mode de fonctiolmelment complémentaire de la pompe à débit de refoulement ou d'aspiration sensiblement constant. 3) Système de pompage selon la revendication 2, caractérisé en ce les moyens inversibles de déplacement de chaque piston (1) comportent une vis (7) déplacée alternativement parallèlement à son axe, par un moteur d'entraînement (10), et un organe de commande (PC) pour changer alternativement le sens de rotation du moteur d'entraînement en accord avec le mode de fonctionnement choisi. 4) Système de pompage selon la revendication 2, caractérisé en ce les moyens inversibles de déplacement de chaque piston (1) comportent des cames profilées (11) entraînées en rotation par un moteur (13), et un organe de commande (PC) pour piloter le moteur (13) en fonction du mode de fonctionnement choisi. 5) Système de pompage selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs pompes (P) installées par exemple sur différentes conduits d'un ensemble de conduites et un dispositif de contrôle (14) adapté à choisir pour chacune des pompes, le premier ou le deuxième mode de fonctionnement de façon à respecter des conditions détermninées de circulation dans l'ensemble de conduites. 6) Système de pompage selon la revendication 5, comportant plusieurs pompes (P1-P5) dans un circuit (L) et sur des branches d'injection et/ou d'extraction de fluides, le dispositif de contrôle (14) étant adapté à commander les moteurs des différentes pompes de façon que la somme des volumes des fluides injectés à débit constant suivant le deuxième mode de fonctionnement soit sensiblement égale à la somme des volumes des fluides extraits à débit constant suivant le premier mode de fonctionnement.