Brevet FR2885964A1 — publié le 20061124

La présente invention concerne une pompe alternative immergée, destinée à élever des fluides de puits ou forages de toutes profondeurs et de tous diamètres. Il est connu, pour élever de l'eau de nappes phréatiques situées à grande profondeur, d'utiliser une pompe noyée, disposée à la base d'un forage de dimensions appropriées, mue mécaniquement à partir de la surface. Ces problèmes d'eau potable se posant principalement dans des zones désertiques, à faible densité de population, qui ne sont desservies par aucun réseau d'énergie, l'actionnement de ces pompes fait appel à l'énergie humaine ou animale. Le plus simple de ces dispositifs, et aussi le plus répandu pour équiper les points d'eau des villages, est constitué d'un cylindre rigide fermé, comportant, à sa base, un clapet d'aspiration et, à son sommet, un clapet de refoulement desservant une tuyauterie de refoulement de l'eau pompée vers la surface ; l'aspiration et le refoulement de l'eau étant obtenus par l'intermédiaire d'une baudruche cylindrique souple, située à l'intérieur du cylindre rigide ;le gonflement et le dégonflement de ladite baudruche étant obtenus par l'intermédiaire d'une tuyauterie reliée à la base d'un cylindre muni d'un piston situé à l'extrémité inférieure d'une tige, dont l'autre extrémité comporte une pédale d'actionnement au pied, nécessitant l'application, sur cette pédale, de tout le poids de l'utilisateur, et ceci de façon répétée, jusqu'à obtention de la quantité d'eau nécessaire, ce qui devient vite assez exténuant. On connaît aussi, par le brevet d'invention français n[deg] 735 656, des perfectionnements apportés aux pompes de forage adaptées aux forages très étroits de grande profondeur. Le cylindre et le piston sont constitués de deux tubes coulissant l'un dans l'autre, permettant de supprimer le guidage de la tige de commande et d'effectuer le refoulement du liquide suivant l'axe commun du piston et du cylindre et, par suite, de diminuer l'encombrement en largeur de l'ensemble, ce qui permet, en utilisant deux forages, de faire fonctionner conjointement et alternativement deux pompes de ce type, situées chacune dans un forage. Le fonctionnement alternatif de ces deux pompes est obtenu par l'intermédiaire d'un balancier, dont chacune des extrémités est reliée à la tige de commande de l'une des pompes.Il s'agit donc de l'association de deux pompes identiques, situées dans des forages différents réalisés dans ce but, leur fonctionnement alternatif ne résultant que du mode de liaison de leurs tiges de commande. Il s'agit donc d'une solution très coûteuse en forage et en matériel, qui n'est guère à la portée financière des intéressés. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cette invention, telle qu'elle se caractérise, résout le problème consistant à créer une pompe alternative immergée, destinée à élever des fluides dans des puits ou des forages de toutes profondeurs et de tous diamètres, avec laquelle, d'une part, un débit régulier puisse être obtenu en ne faisant travailler les commandes que dans un sens, et, d'autre part, la mise en u̇vre soit facile, que ce soit à la descente ou à la remontée, quelle que soit la profondeur du forage ; la commande mécanique pouvant être remplacée par une commande hydraulique, permettant d'obtenir des pressions de commande importantes, utilisables en forage très profond. La pompe alternative immergée pour forage selon l'invention, comportant deux pistons se déplaçant dans des cylindres disposés parallèlement sous l'effet de commandes indépendantes actionnées alternativement depuis la surface, se caractérise principalement en ce que les deux cylindres sont situés à l'intérieur d'un carter cylindrique, fermé à sa partie supérieure en ménageant un espace de refoulement commun, relié à la surface par une tuyauterie ; ledit espace de refoulement étant mis en communication avec l'intérieur des cylindres par des orifices contrôlés par des clapets de refoulement situés dans l'espace de refoulement ; en ce que les pistons sont fixés à l'extrémité de tiges creuses, contrôlées par des clapets d'aspiration et dont l'extrémité inférieure est située dans la partie inférieure du carter communiquant avec la nappe de liquide ;en ce que lesdits pistons sont actionnés, à partir de la surface, par l'intermédiaire d'un dispositif mû par un balancier, et en ce que les tiges des pistons sont reliées, vers le bas, par l'intermédiaire d'un lien souple, en prise sur une poulie à gorge d'axe de rotation solidaire de la partie inférieure du carter. Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif d'actionnement des pistons est constitué de deux chambres, de volume variable, reliées par des tuyauteries à la base des deux cylindres de pompe, équipées chacune d'un piston relié par une tige à chacun des bras du balancier ; ces deux chambres étant reliées latéralement à un réservoir, situé à l'extrémité de la tuyauterie de refoulement et, à l'air libre, par des clapets de surpression, disposés à la base de chacune des chambres ; la base des cylindres de pompe étant, dans ce mode de réalisation, partiellement obturée, afin de ne laisser passer que les tiges creuses, dont l'extrémité inférieure est en communication permanente avec la nappe de liquide. Selon un mode de réalisation simplifié, le dispositif d'actionnement des pistons est constitué de deux câbles souples, reliés, vers le bas, à l'extrémité inférieure de la tige des pistons et, vers le haut, aux bras du balancier. Les avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent essentiellement en ce que la tuyauterie de refoulement peut être flexible, puisqu'elle ne sert pas de guidage indispensable à une commande rigide qui doit fonctionner dans les deux sens, ce qui offre une facilité de mise en u̇vre dans le forage, qui est souvent difficile lorsqu'elle réclame le raccordement d'éléments vissés, en ce que les dispositifs de rappel par ressorts ou contrepoids, qui gaspillent de l'énergie, sont supprimés, en ce que la combinaison de deux cylindres travaillant alternativement permet d'obtenir un débit régulier, en ce que l'effort de pompage est diminué du fait de la section plus réduite des cylindres et en ce que la solution à actionnement hydraulique, de part les pressions de commande importantes qu'elle permet de développer, se prête, par conséquent,à des utilisations avec hauteur manométrique importante ; elle autorise, par conséquent, l'utilisation en forage profond. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description schématique qui va suivre des modes de réalisation à commandes mécanique et hydraulique, réalisés selon l'invention, donnés à titre d'exemple non limitatif, au regard des figures annexées, sur lesquelles : la figure 1 représente une vue en élévation et en coupe de la pompe alternative à commande mécanique, la figure 2 représente une vue en élévation et en coupe de la pompe alternative à commande hydraulique. Les figures représentent, concernant le mode de réalisation à commande mécanique, une pompe alternative immergée, comportant deux cylindres 10 et 20 disposés parallèlement dans un carter cylindrique 30 comportant, à sa partie supérieure, un espace de refoulement 31 contrôlé par des clapets 32, 33 et, à sa partie inférieure 34, un espace d'aspiration ; les deux cylindres 10 et 20 étant équipés chacun d'un piston 11, 21 fixé à l'extrémité d'une tige creuse 12, 22 communiquant, respectivement, avec la partie supérieure des cylindres 10, 20 sous le contrôle de clapets 35, 36 et avec la partie inférieure du carter cylindrique 30, en communication avec la nappe de liquide 1 ;le fonctionnement alternatif des pistons 11, 21 étant assuré et contrôlé par l'intermédiaire d'un lien souple 40, engagé sur une poulie à gorge 41, dont chacune des extrémités 42 et 43 est reliée à l'extrémité inférieure des tiges creuses 12, 22 ; le dispositif d'actionnement de la pompe étant constitué de deux câbles 51 et 52, reliés, d'une part, aux bras 61, 62 du balancier de man u̇vre 60 et, d'autre part, à des équerres 13, 23, fixées perpendiculairement à l'extrémité des tiges creuses 12, 22. Concernant le mode de réalisation à commande hydraulique, la pompe alternative immergée dont il s'agit se distingue du mode de réalisation mécanique par la fermeture partielle de la base des cylindres 10 et 20 par des bouchons annulaires 14, 25, laissant le passage aux tiges creuses 12, 22, tout en assurant l'étanchéité par des joints 141, 251 ; les équerres de man u̇vre 13, 23 et les câbles 51, 52 étant supprimés et remplacés par des orifices 16, 26, ménagés à la base des cylindres 10, 20 de pompe, reliés par tuyauteries souples 71 et 72 à la base de chambres 73, 74 dans lesquelles coulissent des pistons 75, 76, reliés au balancier 60 par des tiges 77, 78, qui contrôlent la mise en communication desdites chambres 73, 74 avec un réservoir 81 de mise en charge du dispositif, équipé d'une tuyauterie de déversement 85 ;les deux tuyauteries souples 71 et 72 reliant la base des cylindres 10 et 20 aux chambres 73, 74, étant munies, au niveau de leur raccordement avec celles-ci, de clapets 79 de décharge tarés, et la mise en charge du dispositif étant assurée par des conduites 82, 83 reliant le réservoir 81 aux chambres 73, 74. En examinant plus en détail la figure 1, correspondant à la pompe à commande mécanique, on remarque que, pour obtenir une remontée d'eau de la nappe 1 vers la surface par le tube 2, il suffit d'actionner alternativement le balancier 60, afin que, par l'intermédiaire de l'un des câbles, l'un des pistons 21 se déplace dans le même sens, c'est-à-dire vers le haut dans ce cas, ce qui provoque l'application du clapet 36 sur l'extrémité de la tige creuse 22, le soulèvement du clapet 33 et le passage du liquide contenu dans le cylindre 20 vers l'espace 31 situé à la partie supérieure du carter 30, puis vers la tuyauterie de refoulement 37, alors que, par l'intermédiaire du lien 40 reliant la base des tiges 12, 22, le piston 11 de l'autre cylindre 10 est entraîné vers le bas,en provoquant l'application du clapet 32 de communication avec l'espace de refoulement 31 et le soulèvement du clapet 35 de communication de la tige 12 avec la partie du cylindre 10 située au-dessus du piston 11 ; ce qui entraîne un passage progressif de liquide au-dessus dudit piston 11, jusqu'à ce que celui-ci arrive à son point mort bas - ce mouvement ayant amené le piston 21 de l'autre cylindre 20 à son point mort haut ; on comprend qu'il suffit d'actionner alternativement le balancier 60 pour obtenir une remontée continue de liquide par la tuyauterie 37, avec un débit fonction de la vitesse de man u̇vre du balancier 60. On comprend aussi que, selon ce mode de réalisation, la tuyauterie de refoulement 37, ainsi que les câbles 51, 52, peuvent être souples, ce qui facilite grandement le stockage, le transport et la mise en u̇vre de la pompe. En se rapportant maintenant à la figure 2, on remarque que ce mode de réalisation ne diffère principalement que par la nature du dispositif de commande des pistons, car la conception et le fonctionnement de la pompe sont les mêmes, sauf que le déplacement des pistons 11, 21 est obtenu par une pression hydraulique exercée sous ceux-ci, par l'intermédiaire des tuyauteries 71 et 72 maintenues pleines en permanence par les chambres 73 et 74, dont la cylindrée correspond sensiblement à celle de chacun des éléments de pompe, avec alimentation permanente par les conduites 82 et 83 les reliant au réservoir 81 situé à l'extrémité de la tuyauterie de refoulement 80, à partir duquel s'effectue le déversement par la tuyauterie de déversement 85.Les clapets de décharge 79 sont réglés pour obtenir une fuite d'eau vers l'extérieur en cas de blocage hydraulique des pistons 75, 76 des chambres 73, 74. On remarque que, dans ce mode de réalisation aussi, les tuyauteries 71, 72 et 80 peuvent être souples, facilitant ainsi stockage, transport et mise en u̇vre, avec cette différence que, par le jeu des sections et de la hauteur manométrique, ce mode de réalisation est applicable à des forages de très grande profondeur. REVENDICATIONS 1. Pompe alternative immergée pour forage, comportant deux pistons se déplaçant dans des cylindres disposés parallèlement sous l'effet de commandes indépendantes actionnées alternativement depuis la surface, caractérisée en ce que les deux cylindres (10, 20) sont situés à l'intérieur d'un carter cylindrique (30), fermé à sa partie supérieure en ménageant un espace de refoulement commun, relié à la surface par une tuyauterie (37, 80) ; ledit espace de refoulement (31) étant mis en communication avec l'intérieur des cylindres (10, 20) par des orifices (16, 26) contrôlés par des clapets de refoulement (32, 33) situés dans l'espace de refoulement (31) ;en ce que les pistons (11, 21) sont fixés à l'extrémité de tiges creuses (12, 22), contrôlées par des clapets d'aspiration (35, 36), dont l'extrémité inférieure est située dans la partie inférieure (34) du carter (30) communiquant avec la nappe de liquide (1), en ce que lesdits pistons (11, 21) sont actionnés à partir de la surface par l'intermédiaire d'un dispositif actionné par un balancier (60), et en ce que les tiges (12, 22) des pistons (11, 21) sont reliées, vers le bas, par l'intermédiaire d'un lien souple (40), en prise sur une poulie à gorge (41) d'axe solidaire de la partie inférieure (34) du carter (30) . 2. Pompe alternative immergée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement des pistons (11, 21) est constitué de deux câbles souples (51, 52), reliés, vers le bas, à l'extrémité inférieure de la tige (12, 22) des pistons (11, 21), et, vers le haut, aux bras (61, 62) du balancier (60). 3. Pompe alternative immergée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement des pistons (11, 21) est constitué de deux chambres (73, 74) de volume variable, reliées par des tuyauteries (71, 72) à la base des deux cylindres (10, 20) de pompe, équipées chacune d'un piston (75, 76) relié par une tige (77, 78) à chacun des bras (61, 62) du balancier (60) ; les deux chambres (73, 74) étant reliées latéralement à un réservoir (81), situé à l'extrémité de la tuyauterie de refoulement (80), à l'air libre, par l'intermédiaire de clapets de surpression (79), disposés à la base de chacune desdites chambres (73, 74) ; la base des cylindres (10, 20) de pompe étant partiellement obturée par des bouchons annulaires (14, 25), afin de ne laisser passer que les tiges creuses (12, 22), dont l'extrémité inférieure est en communication permanente avec la nappe de liquide (1).