Brevet FR2978805A1 — publié le 20130208

La présente invention concerne une pompe de recirculation d'eau de charge hydrostatique à haut débit et haute pression dénommée « Lift Hydro » destinée aux centrales hydroélectriques et barrages de retenues. L'utilisation d'une pompe pour relever ou comprimer un liquide se fait traditionnellement avec des moteurs thermiques et plus spécialement des moteurs électriques, qui consomment des carburants d'origines fossiles non renouvelables. Les pompes existantes sur le marché ne sont pas adaptées aux relevages et aux recyclages des volumineuses masses d'eaux dans les Centrales Hydro-électriques, parce qu'elles consomment d'importantes quantités d'énergies électriques d'origines fossiles ou nucléaire. Car sans le recyclage les barrages perdent la quasi-totalité de leurs ressources en eau turbinée. Le dispositif selon l'invention concerne une nouvelle génération de pompe è cycles de compressions gravitaires artificielles contrôlées électroniquement avec une Unité de Gestion Electronique (UGE). Elle emploie du fluide pompé comme charge et force de pression renouvelable incompressible, en association avec des masses équilibrées et calibrées. Ces dernières sont rendues mobiles dans un mouvement d'échange en rupture d'équilibre constante pour développer une force énergétique motrice dont la récupération indirecte permet d'autoproduire l'énergie de fonctionnement des équipements des utilités sans apport d'énergie fossile dans une simple ou plusieurs colonnes de compression jumelées en association avec des contrepoids mobiles. La pompe de l'invention peut être conçue avec une ou plusieurs colonnes de compressions suivant les besoins. La cinématique d'une pompe selon l'invention mono colonne est la 25 suivante : Sur le fluide à pomper, sont produits des cycles de compressions artificielles dans la partie haute de la colonne de compression. La charge hydraulique du fluide et les masses mobiles associées créent une poussée contrôlée gravitairement dans l'enceinte d'un chariot mobile. Ce dernier avec ses équipements calibrés, sa masse et sa charge 30 contrôlée, comprime le liquide incompressible aval en une force de pression hydraulique très énergétique en sortie de la colonne de compression. L'énergie contrôlée acquise au cours de cette multiplication de pression recherchée est supérieure à celle nécessaire de la colonne d'eau à remonter. L'enceinte du chariot mobile est liaisonnée par des courroies ou câbles aux élévateurs gravitaires (Contrepoids calibrés). Ces derniers produisent dans leurs courses inverses aux charges de haute pression du chariot mobile une énergie renouvelable d'origine gravitaire, dont tous les éléments sont mis en mouvements coordonnés à tour de rôle par l'Unité de Gestion Electronique (UGE). Les courses, des fontes d'impulsions et de l'enceinte du chariot mobile, sont interrompues à intervalle fixe en fonction de la programmation de l'UGE de la pompe « Lift Hydro ». Le flux du fluide amont subissant l'interruption des courses ci-dessus par l'Unité de Gestion Electronique (UGE), rompt l'équilibre maintenu entre l'enceinte du chariot mobile et les élévateurs gravitaires (Contrepoids calibrés) en glissant sur des rails guides fixés sur les parois extérieures de la colonne de compression, qui de ce fait renouvelle un nouveau programme du cycle moteur inverse. Plus précisément la pompe de l'invention concerne un dispositif de pompage à cycles de compressions gravitaires artificielles contrôlés électroniquement par une Unité de Gestion Electronique (UGE) destinée à produire une force hydraulique à partir d'une réserve de fluide dont la surface supérieure définit une hauteur de pression de refoulement, comportant une arrivée de fluide alimentée par ladite réserve. Selon l'invention, elle comporte : l'arrivée de fluide en tête de colonne étant munie d'une vanne d'arrivée commandée qui alimente la colonne de compression une colonne de compression formant une chambre cylindrique verticale - un chariot creux cylindrique constituant un piston de volume calibré placé à 25 l'intérieur de la chambre verticale cylindrique, mobile en translation à l'intérieur de celle-ci et solidaire d'une pièce massique - des soufflets étanches respectivement haut et bas, les extrémités étanches du soufflet haut étant reliés à la paroi haute de la chambre et au niveau supérieur du chariot, et les extrémités étanches du soufflet bas étant reliés au niveau 30 inférieur du chariot et à la paroi basse de la chambre un obturateur mécanisé dudit volume intérieur du chariot actionné par un vérin au moins un contrepoids principal, plus lourd que le chariot lorsque celui-ci est vide et plus léger que ce même chariot lorsqu'il est rempli du fluide de la réserve ce contrepoids étant relié au chariot par un jeu de courroies s'appuyant en coulissant sur des poulies des fontes d'impulsions constituées de deux parties, la première étant un couple de fontes d'impulsions pouvant être solidarisé au chariot en fonction d'une commande venant de l'UGE, la deuxième étant constituée d'un contrepoids secondaire plus lourd que les fontes du premier couple d'impulsions et reliée par un jeu de courroies s'appuyant en coulissant sur des poulies audit contrepoids - un ou des moteurs de récupérations entrainés par les courroies des deux contrepoids, celui du chariot mobile et celui des fontes d'impulsions une tuyauterie haute pression reliée à la partie basse de la colonne comportant un clapet anti-retour, une soupape de surpression, un régulateur de pression, et ladite tuyauterie remontant à un niveau de reflux supérieur à l'arrivée de fluide Ce dispositif de pompe de l'invention, dans différents modes de réalisation possibles présente les caractéristiques additionnelles suivantes : - il comporte des rails guides, lesdits rails guides étant fixés sur une double paroi extérieure de la colonne de compression pour recevoir les rollers de guidage du chariot mobile et les fontes d'impulsions, permettant la circulation des organes mobiles de la pompe - des propulseurs sont associés au chariot mobile, aux fontes d'impulsions les parois du chariot mobile, contiennent une masse densifiée il comporte un piston/papillon monté dans l'enceinte du chariot mobile - les Joints d'étanchéité sont des joints à soufflets il comporte un silencieux monté sur la tuyauterie d'évacuation apte à permettre d'atténuer les ondes sonores émises à leurs plus faibles valeurs - il comporte un diffuseur anti-remous orientable ou fixe faisant partie indissociable de la pompe il comporte une Unité de Gestion Electronique avec batterie d'énergie Ce dispositif de pompe est avantageusement employé dans une Station de Transfert d'Energie par Pompage (STEP) ou dans une Unité de Dessalement d'eau de mer (UDEM) et produit l'énergie nécessaire à son propre fonctionnement. Un mode de réalisation de ce dispositif de pompe sera décrit plus en détail par référence aux dessins dans lesquels : La figure 1 est une représentation du dispositif en début de compression. La figure 2 est une représentation du dispositif en fin de compression. Sur ces figures les références numériques désignent les éléments suivants 1 - Colonne de compression en béton armé (BA) ou en acier ; (Ccl) 2 - Vanne motorisée avec un pré filtre; (Vm1) 3 - Chariot mobile avec ses équipements ; (Cm l ) 4 - Masse densifiée dans les parois du chariot mobile ; (Md l ) 5 - Joints d'étanchéité sur l'extérieur des parois du chariot mobile ; (Jel / Jet) 6 - Piston/papillon et ses joints d'étanchéité ; (Ppi) 7 - Vérins du piston/papillon ; (Vri / Vr2) 8 - Rollers de guidage ; (Roi) 9 - Poulies de centrage ; (Pd) 14 = Poulies de renvoi d'angle ; (Pr1 / Pr2) 11 - Courroies flexibles ou câbles ; (Cfi / Cf2) 12 - Fontes d'impulsion ; (Fil) 13 - Rails guides ; (Rgl / Rg2) 14 - Elévateurs gravitaires du chariot mobile et des fontes (Eg1 / Eg2) 15 - Moteur de récupération d'énergie ; (MM) 16 - Unité de Gestion Electronique de la Pompe ; (UGE) 17 - Batterie d'énergie rechargeable ; (Url) 18 - Centrale hydraulique. (Chi) - Equipements montés sur la sortie de la colonne de compression : 19 - Tuyauterie de liaison de haute pression ; (Ti1) 20 - Clapet anti-retour ; (Cri) 21 - Soupape de surpression ; (Ss1) 22 - Régulateur de pression ; (Rp1) 23 - Tuyauterie d'évacuation ; (Tel) 24 - Silencieux ; (Ni) 25 - Diffuseur anti-remous orientable ou fixe. (Dl) - Equipements montés sur la tuyauterie d'évacuation (Tel) en variante : 26 - Chambre de maintien en pression ; (Cm-1) 27 - Accumulateur à air de compensation de pression ; (Aci) 28 - Générateur d'air comprimé et ses accessoires ; (Gcl) 29 - Ejecteur ; (Ej1). Tous les équipements à commande électrique ci-dessus sont gérés par l'Unité de Gestion Electronique (UGE). Les éléments et le fonctionnement de cette pompe dans une colonne de compression sont les suivants : La présente invention concerne une pompe à cycles de compressions gravitaires contrôlés électroniquement pour développer une force énergétique dont la récupération indirecte permet d'autoproduire l'énergie de fonctionnement des équipements des utilités sans apport d'énergie fossile. Le bassin de stockage (Bfl) rempli du fluide à pomper ne fait pas partie des équipements de la présente invention, mais il est mentionné à titre d'information, pour permettre l'installation ou la fixation verticale de la vanne motorisée (2) sur une des parois. Cette vanne est reliée par une tuyauterie à la colonne de compression. La hauteur de charge massique du liquide sur le piston/papillon (6) 15 correspond à minima à l'axe de la vanne, qui est-elle même située au-dessus de la colonne de compression. Le liquide à pomper génère dans son environnement ainsi contenu une charge hydrostatique d'une hauteur « H » comprenant le débit du volume de pompage, le flux de recirculation et la réserve d'auto-amorçage qui sont 20 nécessaires au bon fonctionnement de la pompe « Lift Hydro ». Suite aux vérifications d'usage, suivi du remplissage du liquide de toute l'installation, le démarrage des cycles du pompage peut être programmé. A) Description du fonctionnement d'un cycle Aller/Retour dans la colonne de compression. 25 B) Programme du cycle A/R 1 dans la colonne de compression (1) L'Unité de Gestion Electronique (16) commande le cycle Aller 1, de a) L'ouverture de la vanne motorisée (2) qui met en mouvement un volume de liquide qui correspond au débit total à aspirer par cycle. b) La masse du fluide amont chute gravitairement dans l'enceinte du chariot 30 mobile (3). Cette masse transmet sa pression à la surface supérieure horizontale du piston/papillon (6) en produisant une charge hydraulique verticale de haut vers le bas. c) Cette action a pour conséquence : ^ De rompre l'équilibre entre le chariot mobile (3) et l'élévateur gravitaire (14) qui sont liaisonnés entre eux par un jeu de courroies (11). ^ De faire intervenir les fontes d'impulsions (12) en compression d'appoint de charge hydraulique qui sont elles aussi liaisonnées par un jeu de courroies (Il) au contrepoids secondaire (14-2). d) Le déplacement des courroies entraîne dans le sens inverse vertical de bas en haut le contrepoids secondaire (14-2), en position amont tout en glissant sur les rails guides (13). e) La masse du fluide amont plus celles : ^ De l'enceinte du chariot mobile (3) avec ses équipements, et, ^ Les fontes d'impulsions (12) transmettent leurs forces décuplées à la face inférieure du piston/papillon (6) qui comprime fortement la surface du fluide hydraulique aval en un liquide propulsif très énergétique dans la partie basse de la colonne de compression (1). 1) Le fluide hautement comprimé voit sa pression et sa vitesse augmentées en s'écoulant hors de la colonne de compression (1) de la pompe vers la tuyauterie de liaison (19) haute pression équipée de sa soupape de surpression (21). g) L'Unité de Gestion Electronique (16) commande l'arrêt programmé : ^ De la compression des fontes d'impulsions (12) à travers la centrale hydraulique (18) qui inverse la course du contrepoids secondaire (14-2). de la position amont vers la position aval, tout en glissant sur les rails guides (13). ^ De la course descendante de l'enceinte du chariot mobile (3) avec ses équipements, pour mettre fin à la compression du fluide dans la colonne de compression (1). Cet arrêt, agit sur les équipements de décompression et les vérins (7) du piston/papillon (6) en le basculant de sa position horizontale vers la position verticale d'ouverture. h) L'ouverture par le basculement vertical du piston/papillon (6), rompt instantanément l'équilibre des pressions amont/aval dans la colonne de compression (1). Cette différence, vidange la charge du fluide contenu au-dessus du piston/papillon dans la partie basse de la colonne de compression (1) en faisant remonter le contrepoids principal (14-1), ce qui permet le renouvellement du volume à évacuer et le début du retour du cycle 1. C) Programme du cycle Retour 1 dans la colonne de compression (1) i) L'Unité de Gestion Electronique (16) commande le cycle retour 1, par la rupture de l'équilibre des pressions amont/aval ci-dessus, qui a pour conséquence: La remontée de l'enceinte du chariot mobile (3) avec ses équipements, vers sa station d'origine du début du cycle 1, en faisant glisser sur leurs rails de guidage (13) les contrepoids gravitaires (14-1, 14-2), de leurs positions amont vers leurs positions aval. La fin de course du chariot mobile (3) fait intervenir l'Unité de Gestion Electronique (16) sur les vérins (7) du piston/papillon (6) pour le faire basculer en position horizontale de fermeture et débuter un nouveau cycle. Le programme du cycle AIR 1 exécuté. L'Unité de Gestion Electronique (16) de la pompe commande instantanément l'ouverture d'un nouveau programme des cycles dans la colonne en fonction de la programmation. L'énergie électrique de commande des organes motorisés pour produire les impulsions des ouvertures et fermetures des vérins, à travers l'Unité de Gestion Electronique (16), provient d'une batterie rechargeable (17), pré chargée avant la mise en action de la pompe. La recharge en énergie de la batterie est obtenue en intercalant sur les jeux des courroies (11) et organes appropriés de la pompe ou sur la tuyauterie de haute pression, un moteur de récupération d'énergie (15) qui est équipé d'un contrôleur de vitesse et d'un variateur de fréquence issu des dernières technologies en économie d'énergie. L'ensemble est adapté aux besoins énergétiques de la pompe. La présente invention comporte des organes de haute sécurité sur L'enceinte du piston/papillon (6) monté sur le chariot mobile (3) avec ses équipements, les vérins (7), le clapet anti-retour (20), la soupape de surpression (21) et tous les accessoires hydrauliques, les contrepoids gravitaires (14-1, 14-2), comme décrit ci-dessus dans le respect de l'art. 10 ^ 15 D) 20 E) 25 30 G) H) La pompe « Lift Hydro » utilise la hauteur de la charge hydrostatique du liquide à pomper comme énergie primaire additionnelle à celle du chariot mobile (3) et du piston/papillon (6), les contrepoids gravitaires (14-1, 14-2) en énergies utilitaires secondaires. I) Cette caractéristique de la pompe « Lift Hydro » permet : la compression avec le renouvellement d'une charge motrice de liquide hautement énergétique, en pompe refoulant tous fluides de type eau et, de servir de Station de Transfert d'Energie par Pompage (STEP) des barrages, pour alimenter, actionner une turbine hydro-électrique ou de récupérateur d'énergie dans les installations hydro-électriques. Un exemple synthétique d'utilisation de la pompe de l'invention en STEP dans une Unité de Production d'Energie hydro-électrique de 10 MW Net sera 20 25 30 Q~ (m3/s) = El... (W) / n 14 (m) / g (m/s2) / r 0 (Kg/m3) maintenant détaillé ci-dessous : [101] Données Puissance énergétique actuelle 10 010 000 W « Epi » Densité du liquide «ro» 1 000 kg/m3 «r o» Hauteur de charge 13 m « Zi » Hauteur préchambre Chariot 10 m « Z2 » Hauteur chambre Chariot 10 ni « Z3 » Hauteur compression 10 m « Z4 » Hauteur refoulement/évacuation 7 m « Z5 » Hauteur de charge théorique 50 m « Z6 » Hauteur refoulement au niveau 0 52 m « Z7 » Hauteur refoulement mini Z4+Z5+Z7 69 m « Z8 » Pertes de Charge 3 m « J t » Hauteur refoulement total Z8+J t 72 m « Z9 » Pression Hydraulique à « Ho » atm = 101325 Pa = 1,01325 bar Pression mini sur Piston/Papillon 7, 20 kg/cm2 « PI» Nombre de Cycle 6 cycles/minute Temps compression A/R secondes par cycle Nombre de colonne 2 Définition de l'installation [102] Débit hydraulique à évacuer «QI» => 10 010 000 /0,836 / 50, 0 / 9, 81 / 1 000 = 24, 412 m3/s Q~ Débit hydraulique en mètre cube par seconde (mals) - Epj Puissance en Watt (W) - n Rendements (nT x nA = 0,88 x 0,95 = 0,836) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) - Z6 Hauteur de charge théorique en (m CE) - ro Masse volumique en kilogramme par mètre cube (Kg/m3) Volume massique d'eau à évacuer en Vmi [103] Vmi (Kg) = r o (Kg/m3) x QI (m3/s) => 1 000 x 24, 412 = 24 412 Kg - Vmi Volume du liquide massique en kilogramme (Kg) - ro Masse volumique en kilogramme par mètre cube (Kg/m3) - Q~ Débit hydraulique en mètre cube par seconde (m3/s) Débit hydraulique total à évacuer «Q2» par heure Q2 (m3ls) = QI (m3/s) x t (s) _> 24, 412 x 3 600 = 87 883, 2 m3/h Q2 Débit hydraulique en mètre cube par heure (m3/h) - Q~ Débit hydraulique en mètre cube par seconde (m31s) 20 - t (s) Temps en seconde (s) Débit d'eau à évacuer par cycle de 10 secondes Q3 (m3) = QI (m3/s) x t (s) =>24,412x1O= 244, 120 m3par cycle - Q3 Débit hydraulique par cycle en mètre cube (m3) 25 - Qi Débit hydraulique en mètre cube par seconde (m3/s) - t (s) Temps en seconde (s) Volume massique d'eau à évacuer par cycle de 10 secondes en Vm3 [106] Vm3 (Kg) = r o (K9/m3) x Q3 (m3) => 1 000 x 244, 120 = 244 120 Kg 30 - Vm3 Volume du liquide massique par cycle de 1Os en kilogramme (Kg) - ro Masse volumique en kilogramme par mètre cube (Kg/m3) - Q3 Débit hydraulique par cycle en mètre cube (m3) Surface intérieure enceinte chariot SI [107] SI (m2) = Q3 (m3) I Z3 (m) [104] [105] _> 244, 120 / 10, 00 = 24, 4120 m2 - SI Surface intérieure enceinte chariot en mètre carré (m2) - Q3 Débit hydraulique par cycle en mètre cube (m3) - Z3 Hauteur chambre chariot en mètre (m) Diamètre et rayon intérieur enceinte chariot & piston/papillon 01 [108] Diamètre intérieur enceinte [a] 01 (m) = ,(S1 (m2) X 4 / Trr _> ,f 24, 412 X 4 / 3,1416 = 5, 576 m + O1 Diamètre intérieur enceinte chariot & piston/papillon en mètre (m) - SI Surface intérieure enceinte chariot en mètre carré (m2) - n Unité SI, nombre pie Rayon intérieur enceinte chariot & piston/papillon 01 [b] R~ (m) = 0, (m) / 2 => = 5, 5751 / 2 = 2, 788 m - R~ Rayon intérieur enceinte chariot & piston/papillon en mètre (m) - 01 Diamètre intérieure enceinte chariot & piston/papillon en mètre (m) Vitesse chariot et contrepoids en vi = Départ/freinage + Ouverture [109] v1 (m/s) Z3 (m) / t (s) =>l 0, 00 / 7 => 1, 43 m/s + v, Vitesse chariot et contrepoids en mètre seconde (s) 20 - Z3 Hauteur chambre chariot en mètre (m) - t (s) Temps en seconde (s) Volume de compression / refoulement de charge Impulsionnelle [110] VO4 (m3) = Q3 (m3/s) / t (s) => 244, 120 / 7 = 34, 875 m3/s 25 - VO4 Volume du liquide en mètre cube (m3) - Q3 Débit hydraulique par cycle en mètre cube (m3) - t (s) Temps en seconde (s) Volume de compression / refoulement massique de charge Impulsionnelle [111] Vm4 (Kg) = VO4 (m3) X r o (Kg/m3) 30 => 34, 875 X 1 000 = 34 875 Kg - Vri4 Volume du liquide massique par cycle en kilogramme (Kg) + VO4 Volume du liquide en mètre cube (m3) - r o Masse volumique en kilogramme par mètre cube (Kg/m3) 11 Surface de la tuyauterie de refoulement S2 [112] S2 (ma) = VO4 (m3) / Z7 (m) => 34, 875 / 52, 00 = 0, 670673 m2 - S2 Surface de la tuyauterie de refoulement en mètre carré (m2) - Vo4 Volume du liquide en mètre tube (m3) - Z7 Hauteur refoulement au niveau 0 en mètre (m) Diamètre et rayon de la tuyauterie de refoulement 02 [113] Diamètre intérieur de la tuyauterie 02 [a] 02 (m) = ,(S2 (m2) x 4 / n => If 0, 670673 4 / 3,1416 = 0, 924 m - 02 Diamètre intérieur de la tuyauterie de refoulement en mètre (m) - S2 Surface en mètre carré (m2) n Unité SI, nombre pie Rayon intérieur de la tuyauterie de refoulement 02 [bj R2 (m) = 02 (m) / 2 =>0, 924/2= 0,462m - R2 Rayon intérieur de la tuyauterie de refoulement 02 en mètre (m) - 02 Diamètre intérieur de la tuyauterie de refoulement en mètre (m) Puissance utile pour élever le liquide au niveau « 0 » de la surface amont du réservoir, s'exprime : [114] Puy (W) = Vm4 (Kg) x g (m/s2) x Z9 (m) x v, (m/s) => 34875x9,81 x 72, 00 x 1, 43 = = 35 225 061, 3 J, soit 35 225 061 W - Pul Puissance utile en Watt (W) - Vm4 Volume du liquide massique par cycle en kilogramme (Kg) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) - Z9 Hauteur et Pertes de charge totales des lignes de charge en (m CE) - v, Vitesse en (m/s) Détermination du volume massique de charge Vm5 sur le piston/papillon [115] Vm5 (Kg) = Pu, (J) / v1 (m/s) / g (m/s2) => 35 225 061, 3 / 1, 43 / 9,81 = 2 511, 000 m3 - Vm5 Volume massique de charge sur le piston/papillon en kilogramme (Kg) - v1 Vitesse en (m/s) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (mise) Détermination du volume massique de charge théorique a partir de P1 [116] Vm6 (m3) = SI (cm2) P1 (Kg/cm2) _> 244 120 7, 2 = 1 758, 000 m3 - Vm6 Volume massique de charge théorique en kilogramme (Kg) - SI Surface intérieure enceinte chariot en centimètre carré (cm2) - Pi Pression mini sur piston/papillon en kilogramme (Kg) Détermination de la pompe « LH » : Répartition des masses en tête de compression entre chariot mobile et fontes d'impulsions : [117] 10 Mo - Détermination de l'ensemble des masses mobiles à répartir => Mo (Kg) = Pu, (J) / vl (m/s) / g (m/s2) [00] =>=35225061,3/1,43/9,81 =2 511 000 Kg - Mo Ensemble des masses mobiles à répartir en kilogramme (Kg) - Pul Puissance utile en Joule (J) 15 - vl Vitesse en mètre par seconde (m/s) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) M, Ensemble des masses : Contrepoids chariot mobile et fontes d'impulsions => M1 (Kg) = Mo (Kg) - Vm6 (Kg) [01] => = 2 511 000 -1 758 000 = 753 000 Kg 20 - M1 Ensemble des masses contrepoids chariot et fontes en kilogramme (Kg) - Mo Ensemble des masses à répartir en kilogramme (Kg) - Mme Volume massique de charge théorique en kilogramme (Kg) M2 - Masse contrepoids chariot [02] =>M2(Kg)=M1/8X5 25 =>=753000/85= 470 625 Kg M3 Masse contrepoids fontes [03] =>M3(Kg)=M1/8X3 =>=753000/8X3= 282 375 Kg M4 - Ensemble des masses : Enceinte chariot mobile et fontes d'impulsions 30 => M4 (Kg) = M1 (Kg) - Vm4 (Kg) [04] =>=753000-34880= 718 120 Kg - M4 Ensemble des masses : Enceinte chariot et fontes en kilogramme (Kg) - M1 Ensemble des masses contrepoids chariot et fontes en kilogramme (Kg) - Vm4 Volume du liquide massique par cycle en kilogramme (Kg) 13 M5 - Masse enceinte chariot mobile =>M5(Kg)=M4/8X5 >=718120/8X5= M6 - Masse fontes d'impulsions = M4 / 8 X 3 5 >M6(Kg)=M4/8X3 =>=718120/8X3= M7 - Masse totale en tête de compression => M7 (Kg) = M4 + Vm5 _> = 718 120 + 1 758 000 = 10 M8 - Masse totale en fin de compression =>M8(Kg)=M7+Vm3 => = 2 476 120 + 244 120 = P3 - Pression sur SI en fin de compression = M8 / Si [09] => P3 (Kg/cm2) = 2 720 240 Kg / 244 120 cm2= 11, 143 kg/cm2 15 => Soit (bar/cm2) => P3 X 0, 980665 bar = 10, 927 bar/cm2 P4 Pression sur S2 en fin de compression = M8 / S2 [10] => P4 (Kg/cm2) = 2 720 240 Kg / 6706 cm2 = 405, 642 kg/cm2 => Soit (bar/cm2) => P4 X 0, 980665 bar = 397, 799 bar/cm2 Puissance utile PU2 nécessaire pour élever la charge des contrepoids et fontes M, 20 PU2 (W) = M, (Kg) X g (m/s2) X v1 (m/s) [118] >753000X9,81 X1,43= 10563310W - PU2 Puissance utile en Watt (W) - M, Ensemble des masses contrepoids chariot et fontes en kilogramme (Kg) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) Pgi (W) = M, (Kg) X Cp (%) X g (m/s2) x v, (m/s) =>753000X10X9, 81 x1,43= 1 056 331 W - Pg, Puissance perdue dans les guidages des contrepoids en Watt (W) - M, Ensemble des masses contrepoids chariot et fontes en kilogramme (Kg) - Cp Coefficient de perte en pourcentage (%) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) - v, Vitesse en mètre par seconde (m/s) 448 825 Kg 269 295 Kg 2 476 120 Kg 2 720 240 Kg [05] 06] [07] [08] 25 - v, Vitesse en mètre par seconde (m/s) Pertes dans les guidages en translation des contrepoids et fontes Pg, [119] 30 Pertes dans les guidages en translation de l'enceinte du Chariot Pg2 [120] Pg2 (W) = M5 (Kg) Cp (%) g (m/s2) v1 (m/s) => 448 825 X 10 X 9, 81 X 1, 43 = 629 625 W . Pg2 Puissance perdue dans les guidages du chariot en Watt (W) ^ M5 Masse enceinte chariot mobile en kilogramme (Kg) - Cp Coefficient de perte en pourcentage (%) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) - v1 Vitesse en mètre par seconde (m/s) Pertes dans les guidages en translation des fontes Pg3 [121] P93 (W) = M6 (Kg) Cp (%) x g (m/s2) x v1 (m/s) => 269 295 x 10 x 9, 81 x 1, 43 = 377 775 W - Pg3 Puissance perdue dans les guidages des fontes en Watt (W) - M6 Masse fontes d'impulsions en kilogramme (Kg) - Cp Coefficient de perte en pourcentage (%) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) 15 - v1 Vitesse en mètre par seconde (m/s) Pertes de charges dans la charge impulsionnelle de Vm4 pour M, [122] P94 (W) = Vm4 (Kg) x Cp (%) g (m/s2) X v1 (m/s) => 34 880 x 10 x 9, 81 x 1, 43 = 48930W - Pg4 Puissance perdue dans la charge impulsionnelle en Watt (W) 20 - Vm4 Masse de la charge impulsionnelle en kilogramme (Kg) - Cp Coefficient de perte en pourcentage (%) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) - v1 Vitesse en mètre par seconde (m/s) Puissance totale perdue dans les guidages en translation et charge Pgt [123] 25 Pgt (W) = P91 (- -) + P92 (W) + P93 (y Y) `h Pg4 ( ") =1 056 331 + 629 625 + 377 775 + 48 930 = (- 2 112 661 W) ^ Pgt Puissance totale perdue dans les guidages et charge en Watt (W) - P91 Puissance perdue dans les guidages des contrepoids en Watt (W) - Pg2 Puissance perdue dans les guidages du chariot en Watt (W) 30 - Pg3 Puissance perdue dans les guidages des fontes en Watt (W) - Pg4 Puissance perdue dans la charge impulsionnelle en Watt (W) Puissance motrice PMc apportées par la chute du chariot et les charges [124] Prote (W) = [M4 (Kg) + Vm4 (Kg)] x g (m/s2) x v1 (m/s) => [718 120 + 34 880] X 9, 81 X 1, 43 10 563 310 W - PMC Puissance motrice du chariot et la charge en Watt (W) - M4 Ensemble des masses Enceinte chariot et fontes en kilogramme (Kg) - Vm4 Masse de la charge impulsionnelle en kilogramme (Kg) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) 5 - vi Vitesse en mètre par seconde (m/s) Puissance développée par les câbles des contrepoids Pcâb1e5 en application du principe de conservation de l'énergie totale : (Tout ce qui rentre = Tout ce qui sort), Nous avons : 10 Détermination de la puissance développée par les câbles Des contrepoids PcàieS [125] 15 PCâbles (W) ? + PMC (W) = Pu2 (W) + Pgt (W) PCâbles ?+ 10 563 310= 10 563 310 + 2 112 661 =>= 12 675 971 W Soit, PCâbles (W)) ? = Pue (W) + Pgt (W) - Pm (W) PCâbles ? 10563310+2 112 661 -10 563 310=>=2112661 W 20 Energie Ep3 apportée par les masses mobiles [126] Ep3 O-) = Mo (Kg) g (mis2) vt (m/s) =>2511000x9,811,43= 35225061,3) => Soit = 35 225 061 W - EP3 Puissance apportée par les masses mobiles en Watt (W) 25 - Mo Ensemble des masses mobiles à répartir en kilogramme (Kg) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s2) - vt Vitesse en mètre par seconde (m/s) Energie Ep4 récupérée sur les masses mobiles [127] EP4(-~) =EP3(-")xCR(%) 30 => 35 225 000 x 70 % 24 657 500 W - EP4 Puissance récupérée sous forme électrique en Watt (W) - En Puissance apportée par les masses mobiles en Watt (W) - CR Coefficient de récupération en pourcentage (%) Détermination du couple Co pour manoeuvrer la vanne papillon [128] PCâbles (W) _ ? Puissance apportée par les câbles en Watt (W) PMC (W) = 10 563 310 W Puissance motrice du chariot et la charge (W) Pue (W) = 10 563 310 W Puissance utile en Watt (W) Pgt (W) = 2 112 661 W Puissance totale perdue dans les guidages (W) Co (Nm) =1V15 (Kg) + Vm6 (Kg) x g (m/s) (R1 (m) => 1 488 000 + 1 758 000 x 9, 81 x 2, 788 = 88 779 008, 88 Nm - Co Couple de l'actionneur en Newton-mètre (Nm) - M5 Masse enceinte chariot mobile en kilogramme (Kg) - Vm6 Volume massique de charge théorique en kilogramme (Kg) - g Accélération de la pesanteur en mètre par seconde par seconde (m/s) - R1 Rayon vanne papillon en mètre (m) - Détermination de la puissance Pu3 pour manoeuvrer la vanne papillon Après équilibrage des pressions amont / aval. [129] PU3 (W) = Co (Nm) x (N=1/g) x (n 130) =>88779008, 88x(1 / 9,81) x (3,1416 / 30) = 947 700 W - Pü3 Puissance pour manoeuvrer la vanne papillon en Watt (W) - Co Couple de l'actionneur en Newton-mètre (Nm) - N Unité SI en Newton (N) - rr Unité S1, nombre pie Puissance par actionneur PU4 Pu4(W) PU3(W)/2xCceff1, 10 => 947 700 / 2 x 1, 10 = 521 235 W, => Soit 521 235 W, par vérin 20 - Pu4 Puissance consommée par actionneur en Watt (W) - Caff Coefficient de réserve en pourcentage (%o) Puissance nécessaire aux actionneurs des vérins motorisés [131] Pus(w) =PU4xNbxNp =>521235x2x2 2084940W 25 - PU5 Puissance totale consommée par les actionneurs en Watt (W) - PU4 Puissance consommée par actionneur en Watt (W) - N b Nombre d'actionneur - N p Nombre d'impulsion par cycle Puissance nécessaire aux accessoires 30 PU6(W) =PGA( )+PGH(W)+UGE(W)+UR1(W) + tep, PGi(Y-) => 1 587 000 + 2 500 000 + 3 000 000 + 11 000 000 + 2 113 000 => = 20 000 000 W - Pus Puissance totale nécessaire aux accessoires en Watt (W) - PGA Puissance du générateur d'air comprimé en Watt (W) [130] [132] - PGH Puissance du groupe hydraulique et accessoire en Watt (W) - UGE Unité de Gestion Electronique en Watt (W) - UR, Batterie de maintien de charge des accessoires en Watt (W) - PGI Puissance du groupe impulsionnelte en Watt (VV) Puissances dissipées par les frottements, ~rottementts~, les accessoires & divers [133] PU7 (W) = P f (^ ~) + PDG (" + PDH / ('.) + f 1 p (~ ~) => 600 000 + 800 000 + 1 000 000 + 172 560 = (- 2 572 560 W) - Pu7 Puissance dissipée en Watt (W) - P f Puissance dissipée dans les frottements en Watt (W) - PDG Puissance dissipée du générateur d'air comprimé en Watt (W) - PDH Puissance dissipée du groupe hydraulique et accessoire en Watt (W) ^ f 1 Pertes diverses dans les frottements et le flux hydraulique en Watt (VV) Bilan des puissances [134] ITEM PRODUCTION UTILITES PERTES OBS [114] - PUi 35 225 061 Efficacité & Rendement [118] - PU2 10 563 310 Hydraulique [123] - P - 2 112 661 (- 2 112 661) 47 901 032 - 2 112 661 = [ 124] - Pc 10 563 310 45 788 371 / 47 901 032 =95,58 [ 125] - Pcàb 2 112 661 = 95, 589 % [126]-4,3 35225061 [134a] - Bilan en W 47 901032 47 901032 (- 2112 661) Efficacité & Rendement [127] - E~ 24 657 500 Avec récupération d'énergie [1311 - PU5 2 084940 24 657 500 - 2 572 560 = [ 132] - PU6 20 000 000 22 084 940 / 24 657 500 = [133] - PUS - 2 572 560 (- 2 572 560) = 89, 566 % [ 134b] - Bilan en W 24 657 500 24 657 500 (- 2 572 560) Rendement Global [135] - Total Produc 72 558 532 67 873 311 / 72 558 532 = [136] - Total Utilités 67 873 311 = 93,54 [137] - Total Pertes (-4 685 221) Nota La puissance calculée des câbles est positive. Ce qui signifie que la chaîne de transmission va devoir fournir de l'énergie en provenance de la batterie auto-alimentée Uri à travers des vérins électriques prévus aux accessoires en PG1 pour produire les impulsions nécessaires aux décollements des contrepoids et fontes. Conclusion [138] Dans l'exemple décrit ci-dessus on constate que l'utilisation d'une pompe de Type « LH » à impulsions contrôlées permet d'économiser la ressource en eau du barrage ou de produire les fortes pressions nécessaires pour les Unités d'osmose inverse, et que le bilan énergétique mis en jeu s'équilibre au profit de la pompe. REVENDICATIONS1) Dispositif de pompe à cycles de compressions gravitaires artificielles contrôlés électroniquement par une Unité de Gestion Electronique (UGE) destinée à produire une force hydraulique à partir d'une réserve de fluide dont la surface supérieure définit une hauteur de pression de refoulement, comportant une arrivée de fluide alimentée par ladite réserve, caractérisé en ce qu'elle comporte l'arrivée de fluide en tête de colonne étant munie d'une vanne (2) d'arrivée commandée qui alimente la colonne de compression (1), une colonne de compression (1) formant une chambre cylindrique verticale, un chariot (3) creux cylindrique constituant un piston de volume calibré placé à l'intérieur de la chambre verticale cylindrique, mobile en translation à l'intérieur de celle-ci et solidaire d'une pièce massique (4), des soufflets étanches (5) respectivement haut et bas, les extrémités étanches du soufflet haut étant reliées à la paroi (1) haute de la chambre et au niveau supérieur du chariot (3), et les extrémités étanches du soufflet bas étant reliés au niveau inférieur du chariot (3) et à la paroi (1) basse de la chambre, - un obturateur (6) mécanisé dudit volume intérieur du chariot actionné par un vérin (7) au moins, un contrepoids principal (14-1), plus lourd que le chariot (3) lorsque celui-ci est vide et plus léger que ce même chariot (3) lorsqu'il est rempli du fluide de la réserve, ce contrepoids (14-1) étant relié au chariot (3) par un jeu de courroies (11) s'appuyant en coulissant sur des poulies (9, 10), des fontes d'impulsions (12, 14-2) constituées de deux parties, la première étant un couple de fontes d'impulsions (12) pouvant être solidarisé au chariot (3) en fonction d'une commande venant de I'UGE (16), la deuxième étant constituée d'un contrepoids secondaire (14-2) plus lourd que les fontes du premier couple d'impulsions (12) et relié par un jeu de courroies (11) s'appuyant en coulissant sur des poulies (9, 10) audit contrepoids, un ou des moteurs de récupérations (15) entrainés par les courroies (11) des 30 contrepoids (14-1 et 14-2) du chariot mobile (3) et celles des fontes d'impulsions (12), - une tuyauterie haute pression (19) reliée à la partie basse de la colonne (1) comportant un clapet anti-retour (20), une soupape de surpression (21), unrégulateur de pression (22), et ladite tuyauterie remontant à un niveau de reflux supérieur à l'arrivée de fluide 2) Dispositif de pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des rails guides (13), lesdits rails guides (13) étant fixés sur une double paroi extérieure de la colonne de compression (1) pour recevoir les rollers de guidage (8) du chariot mobile (3) et les fontes d'impulsions (12), permettant la circulation des organes mobiles de la pompe. 3) Dispositif de pompe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des propulseurs sont associés au chariot mobile (3), aux fontes 10 d'impulsions (12). 4) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parois du chariot mobile (3), contiennent une masse densifiée (4). 5) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 15 caractérisé en ce qu'il comporte un obturateur piston/papillon (6) mécanisé (7) monté dans l'enceinte du chariot mobile (3). 6) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les Joints d'étanchéité (5) sont des joints à soufflets. 7) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un silencieux (27) monté sur la tuyauterie d'évacuation apte à permettre d'atténuer les ondes sonores émises à leurs plus faibles valeurs. 8) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un diffuseur anti-remous (28) 25 orientable ou fixe faisant partie indissociable de la pompe. 9) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une Unité de Gestion Electronique (16) avec batterie d'énergie (17). 10) Utilisation du dispositif de pompe selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est employé dans une Station de Transfert d'Energie par Pompage (STEP) ou dans une Unité de Dessalement d'eau de mer (UDEM) et produit l'énergie nécessaire à son propre fonctionnement. 35