Brevet FR2774434A1 — publié le 19990806

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 mou vement alternatif pour faire monter la colonne de liquide, - des moyens de commande reliés à la tige et commandant son mouvement de montée et de descente à l'intérieur du tube, - chaque piston étant formé d'un support traversé par la tige monté solidaire en translation de la tige, et d'un clapet venant sur le dessus du support pour obturer le piston sous le poids de la colonne de liquide qui se trouve au-dessus ou libérer le passage du liquide lorsque le piston descend dans la colonne d'eau dans le tube d'exhaure. I1 existe différentes réalisations de telles pompes en fonction de leur emploi, c'est-à-dire de la profondeur à laquelle se trouve la nappe d'eau et des débits à fournir. Ainsi, le document FR 88 09 575 décrit une pompe à pistons constituée d'une enveloppe extérieure, cylindrique circulaire, dont le fond muni d'orifices délimités par des cloisons radiales, porte un clapet souple. L'ensemble est emmanché sur la tige de la pompe en y étant fixé par vissage. Ce piston présente l'inconvénient d'être très fragile à cause du sable et plus généralement des particules solides mises en suspension dans l'eau pendant le pompage et qui peuvent se placer entre la paroi extérieure du manchon du piston et la paroi intérieure du tube dans lequel coulisse le piston. De plus, des dépôts de particules peuvent se faire au-dessus des nervures rayonnantes du fond du manchon, sous le piston. Ces dépôts occasionnent des fuites et augmentent le frottement. Ces deux causes entraînent des pertes de rendement importantes. De plus, cette pompe est non seulement relativement fragile mais surtout délicate d'entretien. Il existe une pompe selon le document US-A1 477 381 PALM, également munie d'un piston comprenant un manchon de guidage extérieur et un clapet porté par la tige. Le manchon de guidage extérieur, de forme cylindrique circulaire, comporte des joints périphériques par lesquels il s'appuie contre la paroi du tube. Ce type de piston extrêmement compliqué est particulièrement fragile et ne peut convenir au pompage d'eau chargée de particules, comme cela est quasi systématiquement le cas pour les pompes d'exhaure du type décrit ci-dessus. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer une pompe de construction extrêmement simple et robuste, peu sensible aux particules en suspension dans le liquide et dont l'entretien et les éventuelles réparations soient très simples. A cet effet, l'invention concerne une pompe du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le piston est formé d'un support ayant un côté supérieur du support, tourné vers le haut, servant d'appui au clapet et un côté inférieur du support, tourné vers le bas, étant libre, muni de plusieurs ensembles de passages périphériques, chaque ensemble étant composé de deux passages périphériques en forme de lunule s'étendant chacun sur une demi-périphérie, et délimités par une paroi extérieure et une paroi intérieure circulaires et, à chaque extrémité de deux passages, une branche relie la paroi intérieure à la paroi extérieure du passage. Le piston selon l'invention offre l'avantage d'être plat et d'avoir un support très rigide, quoique très léger, et présentant une section extrêmement réduite au passage de l'eau. Le dégagement de la partie supérieure des parois évite toute accumulation ou dépôt de particules sur la partie supérieure du support, sous le clapet. La forme des passages périphériques, en lunules, assure le guidage relatif entre le support et la colonne de liquide, sans engendrer de turbulences, ce qui favorise le mouvement et réduit la puissance nécessaire à la commande de la pompe, donc augmente le rendement. Le remplacement d'un piston selon l'invention est très simple puisqu'il suffit d'emmancher le support et/ou le clapet sur la tige puis bloquer. Les pompes selon l'invention conviennent tout particulièrement pour les faibles diamètres c'est-à-dire des pompes installées en général dans des endroits relativement isolés. Toute augmentation du rendement permet a contrario de réduire la puissance d'entraînement nécessaire. Suivant une autre caractéristique, les branches ont des surfaces latérales arrondies, notamment en arc de cercle de diamètre égal à la largeur des passages. Cette forme des branches permet de transmettre de manière très efficace les efforts s'exerçant sur les parois et en particulier la paroi extérieure vers la ou les parois intérieures et le moyeu donc la tige. Inversement, cela permet de n'avoir que deux branches par ensemble de passage, donc d'avoir une section de passage de fluide très grande. De manière particulièrement avantageuse, le support d'un piston comprend deux ensembles de passages, un ensemble extérieur et un ensemble intérieur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, les parois et les branches reliant les parois du support ont la même épaisseur. Les branches de liaison reliant les branches de l'ensemble extérieur sont, suivant une variante, alignées sur les branches de l'ensemble intérieur. On peut également avoir un décalage entre les deux types de branches de 900. Le choix de la disposition alignée ou décalée des branches des deux ensembles ou des différents ensembles peut être intéressant suivant la forme du clapet recouvrant le support, selon que ce clapet est en une ou plusieurs parties ou à lamelles. Dans le cas d'un clapet à lamelles, il est avantageux que les branches soient décalées de 900 et que le clapet comporte, par exemple, quatre lamelles. Ainsi, à chaque lamelle, sera associée au moins une branche qui la soutiendra. Le support du piston est engagé sur la tige de la pompe par le moyeu formé par la paroi intérieure des passages de l'ensemble intérieur. Ce support peut être fixé sur la tige par deux écrous s'appuyant contre chacune des faces du support. Cette solution est particulièrement simple. Il est également possible de prolonger le support de chaque côté par un manchon taraudé qui reçoit chacun l'extrémité filetée d'un morceau de tige. La tige est ainsi constituée d'éléments assemblés au niveau des pistons. Le support du piston selon l'invention peut être réalisé de différentes manières. Suivant un premier mode de réalisation, le support est réalisé par perçage et fraisage dans une pièce en métal, notamment un disque circulaire, et en particulier une pièce en aluminium. Le support peut également être moulé ou être coupé dans un profilé extrudé ayant la section du support Le support constitue ainsi une tranche du profilé. Des congés sur les arêtes des parois pour favoriser l'écoulement de l'eau sont réalisés par un usinage de finition. Ces congés sont prévus sur la face inférieure du support, la face supérieure étant de préférence plane pour offrir le meilleur appui au clapet soutenant la colonne d'eau lors de la remontée du piston. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble de la pompe selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe partielle du tube d'exhaure et d'un piston selon l'invention, - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 d'une variante de piston selon l'invention, - la figure 4 est une vue de dessus du support selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue de dessus analogue à celle de la figure 4 correspondant à un autre mode de réalisation. Selon la figure 1, l'invention concerne une pompe alternative verticale, c'est-à-dire travaillant par un mouvement de va et vient pour pomper des liquides tels que de l'eau présent dans le sol. Cette pompe 1 comprend un moteur 2 ou une manivelle avec un volant d'inertie, reliés par un mécanisme 3, non représenté, à une tige 4 portant des pistons 5. Cette tige est logée de manière coulissante suivant un mouvement alternatif (flèches C, D) dans un tube 6 qui descend jusque dans la nappe de liquide. L'extrémité inférieure de ce tube est munie d'un clapet de fond, s'ouvrant dans le sens du pompage et retenant la colonne de liquide pompé dans le tube. Ce clapet n'est pas représenté. En partie supérieure, le tube 6 comporte schématiquement un bec de déversement 7 qui débouche dans un réservoir 8. Selon un premier mode de réalisation (figure 2), le piston 5 se compose d'un support plat 51 muni de passages comme ceux représentés aux figures 4 et 5. Ce support 51 en forme de tranche présente une surface supérieure 511 et une surface inférieure 512, de préférence, parallèles. La surface supérieure 511 reçoit un clapet 52 constitué par une membrane souple en une ou plusieurs parties qui, dans le cas de plusieurs parties, se chevauchent ou du moins sont jointives. Cette membrane peut prendre une position plaquée contre le support 51 sous l'effet de la masse de liquide L qui se trouve au-dessus du piston 5 (mouvement de remontée D) pour rendre le piston étanche et retenir la colonne de liquide qui se trouve au-dessus. Par contre, lorsque le piston 5 descend dans la colonne de liquide, le clapet 52 se soulève et prend la position 52' représentée dans la partie gauche de la figure 2. L'eau peut alors traverser les passages du support 51. Le piston 5 comprenant le support 51 et le clapet 52, est fixé à la tige 4 par l'intermédiaire de deux écrous 53, 54 venant contre la face supérieure et la face inférieure du piston 5. La tige 4 est en plusieurs parties pour faciliter le montage et le démontage. La figure 2 montre un manchon taraudé 41 dans lequel sont vissées deux extrémités filetées 42, 43 de morceaux de la tige 4. Selon la figure 4, le support 51 comprend plusieurs ensembles de passages périphériques. Dans le cas de la figure 4, il s'agit de deux ensembles El, E2 de passages périphériques. Chaque ensemble El, E2 se compose de deux passages 513, 514 (El) et 515, 516 (E2) en forme de lunules, c'est-à-dire de segments de cercle s'étendant pratiquement sur une demi-périphérie. Les passages 513, 514 sont bordés par une paroi extérieure 520 et une paroi intérieure 521 ou 522 et 523. A l'extrémité des passages 513, 514, les parois 520, 521 ou 522, 523 sont reliées par une branche 530, 531. Il en est de même des passages intérieurs 515, 516 également en forme de lunules circulaires s'étendant sur une demi-périphérie, et dont les parois extérieure et intérieure constituées respectivement par les parois intérieures 520, 523 des passages de l'ensemble extérieur El, sont délimitées intérieurement par des parois 524, 525 constituant le moyeu du support. Le passage 526 du moyeu reçoit la tige 4 (figure 2). Les passages 515, 516 sont également délimités en extrémité par des branches 532, 533 reliant les parois intérieure et extérieure. Ces branches 532, 533 sont alignées sur les branches 530, 531 des passages de l'ensemble extérieur El. Les surfaces latérales 5301, 5302 ; 5311, 5312 et 5321, 5322 ; 5331, 5332 sont de forme arrondie, par exemple en arc de cercle de diamètre égal à la largeur des passages 513, 514, 515, 516. Ces arrondis favorisent la transmission des efforts (charge de la colonne d'eau) reçus par les parois vers le moyeu. La variante de support représentée à la figure 5 diffère de celle de la figure 4 par le non-alignement des branches intérieures 532A, 533A par rapport aux branches extérieures 530A, 531A de l'ensemble des passages extérieurs 513A, 514A et des passages intérieurs 515A, 516A. Comme dans le premier mode de réalisation, les surfaces bordant les branches sont arrondies. Le support tel que décrit et représenté aux figures 4 et 5 peut être réalisé soit par usinage à partir d'une plaque de l'épaisseur du support et dans laquelle on perce et on fraise les passages 513, 514, 515, 516 et 526. On peut également réaliser de tels supports par moulage ou encore à partir d'un profilé ayant une section correspondant au support selon les figures 4 et 5 et que dont on coupe une tranche de l'épaisseur prévue pour le support. La figure 3 montre une variante de réalisation d'un piston 5B. Ce piston comprend un support 51B identique ou analogue à ceux décrits ci-dessus et représentés en plan aux figures 4 et 5. Mais, ce support 51B dont la face supérieure reçoit un clapet 52B est muni d'un manchon taraudé 55B recevant les extrémités filetées 42, 43 des morceaux de la tige 4. Dans cet exemple, on a représenté une bague vissée ou sertie 56B pour maintenir le clapet 52B. Selon la variante de la figure 3, le manchon 55B s'étend de part et d'autre des deux faces du support 51B. On peut également réaliser un support avec un manchon fileté qui ne dépasse que vers le haut ou vers le bas. La longueur du manchon fileté est définie par la longueur de vissage nécessaire entre le manchon et chaque extrémité filetée 42, 43 de la tige 4 pour transmettre la charge que doit soulever chacun des pistons et le cumul des charges suivant la position en profondeur du piston dans le tube 6. REVENDICATIONS 10) Pompe alternative verticale pour l'exhaure de liquides présents dans le sol, pompe (1) comprenant - un tube d'exhaure (6) reliant le niveau de sortie (7) de la pompe (1) à la nappe de liquide à pomper en plongeant dans cette nappe, - un clapet de fond 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 (4) portant un ou plusieurs pistons (5), commandée en mouvement alternatif (C, D) pour faire monter la colonne de liquide, - des moyens de commande (2, 10) reliés à la tige (7) et com mandant son mouvement de montée et de descente à l'intérieur du tube (6), - chaque piston (5) étant formé d'un support traversé par la tige (4) monté solidaire en translation de la tige, et d'un clapet venant sur le dessus du support pour obturer le pis ton (5) sous le poids de la colonne de liquide qui se trouve au-dessus ou libérer le passage du liquide lorsque le piston (5) descend dans la colonne d'eau dans le tube d'exhaure (6), caractérisée en ce que le piston est formé d'un support (51) ayant un côté supérieur (511) du support, tourné vers le haut, servant d'appui au clapet (52) et un côté inférieur (512) du support (51), tourné vers le bas, étant libre, muni de plusieurs ensembles (El, E2) de passages périphériques (513, 514, 515, 516), chaque ensemble étant composé de deux passages périphériques en forme de lunule s'étendant chacun sur une demi-périphérie, et délimités par une paroi extérieure et une paroi intérieure circulaires (520, 521, 522, 523, 524, 525) et, à chaque extrémité de deux passages, une branche (530, 531, 532, 533) relie la paroi intérieure à la paroi extérieure du passage. 20) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les branches (530, 531, 532, 533) ont des surfaces latérales (5301, 5302 ; 5311, 5312 et 5321, 5322 ; 5331, 5332) arrondies, notamment en arc de cercle de diamètre égal à la largeur des passages (513, 514, 515, 516). 30) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support (51) d'un piston comprend deux ensembles de passages (El, E2), un ensemble extérieur et un ensemble intérieur. 40) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois et les branches reliant les parois du support ont la même épaisseur. 50) Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que les branches de liaison (530, 531) de l'ensemble extérieur (El) sont alignées sur celles (532, 533) de l'ensemble intérieur (E2). 60) Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que les branches de liaison (530A, 531A) de l'ensemble extérieur sont décalées de 900 par rapport à celles (532A, 533A) de l'ensemble intérieur. 70) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi intérieure des passages de l'ensemble intérieur forme un moyeu (525) recevant la tige (4) de la pompe. 8 ) Pompe selon les revendications 1 et 7, caractérisée en ce que le support (51) est fixé sur la tige par un écrou (53, 54) vissé contre chaque face (511, 512) du support (51). 9 ) Pompe selon les revendications 1 et 7, caractérisée en ce que le moyeu est prolongé par un manchon taraudé (55B) pour recevoir, à partir de chaque côté du support, une extrémité filetée (42, 43) d'un morceau de tige (4). 100) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support est réalisé par perçage et fraisage dans une pièce en métal, notamment un disque circulaire, et en particulier une pièce en aluminium. 110) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support est réalisé par une tranche d'un profilé extrudé ayant la section du support de piston à réaliser. 120) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arête des parois intérieure et extérieure et des branches de liaison présente un congé, notamment une arête vive, du côté inférieur du piston.