Brevet FR3013081A1 — publié le 20150515

Domaine technique La présente invention concerne le domaine général des pompes à motricité humaine, plus particulièrement des 5 pompes à main, pour les forages profonds et a pour objet une tête de pompe perfectionnée. Technique antérieure Les pompes à motricité humaine, plus particulièrement 10 des pompes à main, permettent l'alimentation en eau dans les régions rurales des pays en voie de développement et des régions dépourvues d'alimentation en courant électrique et de système central d'alimentation en eau. Souvent, l'eau doit être cherchée en profondeur, 15 jusqu'à près d'une centaine de mètres. Par forage profond, on entend généralement des forages de puits pour lesquels le niveau d'eau est situé à plus de 20 mètres sous la surface. Les pompes à main pour forages profonds disponibles permettent actuellement de pomper de l'eau 20 jusqu'à 80-90 mètres de profondeur sans trop de difficultés. Ces pompes à main pour les forages profonds, dont la conception générale est connue de longue date, comportent classiquement un corps de pompe comportant une tête 25 d'actionnement, également nommée "tête de pompe", et positionné sur un tube de forage dans lequel est placée une colonne d'exhaure munie à sa base d'un cylindre avec un piston muni d'un clapet de refoulement. Ce dernier est lié à la tête d'actionnement par un train de tiges. La tête 30 d'actionnement comprend un levier articulé au corps de pompe muni, à l'une de ses extrémités, d'un pignon, de préférence denté, entrainant une chaîne fixée à l'une de ses extrémités au corps de pompe et à l'autre au train de GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE - 2 tiges. Ainsi, le mouvement alternatif du levier de la tête d'actionnement par un utilisateur imprime un mouvement alternatif au piston et fait monter l'eau dans la colonne d'exhaure. L'inconvénient majeur de ce type de dispositif réside dans les éventuels désalignements entre l'axe de colonne d'exhaure et l'axe du train de tiges, ces désalignements se produisant notamment lors de la rotation du levier autour de son axe de rotation. En effet, cette rotation engendre un déplacement latéral de la chaine pouvant provoquer à terme une usure rapide et prématurée du train de tiges due au frottement de ce dernier sur les bords de la colonne d'exhaure. Exposé de l'invention Ainsi, le but de la présente invention est de proposer une alternative aux têtes d'actionnement de pompes à mains déjà connues permettant de corriger les désalignements entre l'axe de colonne d'exhaure et l'axe de tige et d'augmenter la durée de vie de certains éléments constitutifs de la pompe à mains, afin de réduire dans le temps le nombre d'intervention et donc le coût de maintenance de ladite pompe à mains. A cet effet, la présente invention a ainsi pour objet une tête d'actionnement d'une pompe à main du type constituée d'une colonne d'exhaure ayant une extrémité dans un liquide à pomper et étant traversée par un train de tiges muni d'au moins une tige animée d'un mouvement alternatif pour entraîner au moins un piston, ladite tête d'actionnement comportant au moins un carter, un levier d'actionnement articulé sur ledit carter autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la colonne, un pignon articulé sur l'une des extrémités dudit levier d'actionnement autour d'un axe sensiblement GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE - 3 parallèle audit axe et une chaine apte à coopérer avec ledit pignon et solidaire à ses extrémités respectivement audit carter et à la partie supérieure dudit train de tiges. Ladite tête d'actionnement est remarquable en ce que le pignon comporte une pluralité de dents apte à coopérer avec la chaîne et est conformé pour que, lors de sa rotation autour de son axe dans un sens ou dans l'autre, d'une part, l'extrémité de la chaîne se déplace uniquement le long d'un axe vertical sensiblement coaxial à l'axe longitudinal de la colonne d'exhaure et, d'autre part, au moins une de ses dents soient toujours en prise avec la chaîne. Le pignon est avantageusement conformé pour que, lors de sa rotation autour de son axe dans un sens ou dans 15 l'autre, au moins deux de ses dents soient toujours en prise avec la chaîne. Selon un mode de réalisation préféré, le pignon comporte au moins des dents, dites inférieures, disposées sur sa face inférieure et des dents, dites supérieures, 20 disposées sur sa face supérieure, une face avant et une face arrière disposées entre les faces inférieure et supérieure. La tête d'actionnement comporte de préférence deux dents inférieures et deux dents supérieures et lesdites 25 dents inférieures et supérieures ont avantageusement un profil en développante de cercle et sont telles que leurs axes de symétrie forment un angle a. De manière avantageuse, l'angle a est compris entre 20 et 30 degrés. 30 De manière encore plus avantageuse, l'angle a est de l'ordre de 25 degrés. Les dents inférieure et supérieure encadrant la face avant du pignon sont de préférence telles que leurs axes de symétrie forment un angle L. GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE - 4 De manière avantageuse, l'angle J est compris entre 130 et 140 degrés. De manière encore plus avantageuse, l'angle J est de l'ordre de 137 degrés. Les dents inférieure et supérieure encadrant la face arrière du pignon sont de préférence telles que leurs axes de symétrie forment un angle y. De manière avantageuse, l'angle y est compris entre 165 et 175 degrés. De manière encore plus avantageuse, l'angle y est de l'ordre de 171 degrés. Description sommaire des figures D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d'une variante d'exécution d'une tête d'actionnement d'une pompe à main selon l'invention en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'une pompe à 20 main munie d'une tête d'actionnement conforme à l'invention ; - la figure 2 est une section verticale de la tête d'actionnement de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective du pignon de 25 la tête d'actionnement de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue de face du pignon de la figure 3 ; - les figures 5A à 5D sont des vues schématiques montrant le fonctionnement de la tête d'actionnement selon 30 l'invention avec son levier d'actionnement représenté dans différentes positions. Meilleure manière de réaliser l'invention technique En référence à la figure 1, une pompe 1 à main pour GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE - 5 forages profonds comporte un corps 2 reposant sur le sol 3 et une colonne 4 d'exhaure composée de la succession de n tubes 5 liés par des manchons 6 et terminée par un clapet de pied 7, dans laquelle évolue un train de tiges 8, 5 comprenant au moins une tige 8, pour actionner les pistons clapets 9 contenu dans les tubes 5. Ledit corps est en outre surmonté d'une tête d'actionnement 10 qui permet d'animer ledit train de tiges 8 d'un mouvement de va-et-vient et de faire remonter l'eau dans la colonne d'exhaure 10 vers la surface. En référence à la figure 2, ladite tête d'actionnement 10 comporte un carter 11, un levier d'actionnement 12 articulé sur ledit carter 11 autour d'un axe 13 sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de 15 la colonne d'exhaure 4, un pignon 14 solidaire de l'une des extrémités dudit levier d'actionnement 12 et une chaine 15 apte à coopérer avec ledit pignon 14 et solidaire à l'une de ses extrémités 151 dudit carter 11 et à l'autre extrémité 152 de la partie supérieure du train de tiges 8, 20 l'extrémité libre du levier d'actionnement 12 définissant une zone de préhension 16 permettant à un utilisateur de manipuler ledit levier 12. Les pignon 14 et zone de préhension 16 sont disposés de part et d'autre de l'axe 13 d'articulation dudit levier d'actionnement 12. Le pignon 14 25 est articulé sur le levier d'actionnement 12 autour d'un axe 17 sensiblement parallèle à l'axe 13 d'articulation dudit levier 12. En référence aux figures 3 et 4, le pignon 14 comporte une denture droite avec une pluralité de dents 30 aptes à coopérer avec la chaîne 15. De manière préférée, le pignon 14 comporte deux dents 181, dites inférieures, disposées sur sa partie inférieure 18 et deux dents 191, dites supérieures, disposées sur sa partie supérieure 19. Les dents inférieures 181 et supérieures 191 ont GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE - 6 avantageusement un profil en développante de cercle et sont telles que leurs axes de symétrie forment un angle a. Ce dernier est de préférence compris entre 20 et 30 degrés et plus particulièrement de l'ordre de 25 degrés. Entre les 5 faces inférieure 18 et supérieure 19, le pignon comporte une face avant 20 et une face arrière 21. Lesdites faces inférieure 18, supérieure 19, avant 20 et arrière 21 sont convexes et sont conformées de sorte que, lors d'une rotation du pignon 14, l'extrémité 152 de la chaîne 15 10 solidaire du train de tiges 8 se déplace uniquement le long d'un axe vertical 22 sensiblement coaxial l'axe longitudinal de la colonne 4 d'exhaure afin d'éviter tout risque de frottement et donc d'usure prématurée du train de tiges 8 et/ou de la colonne 4 d'exhaure (Cf. 15 figures 5A à 5D). On désigne ici par "face avant" la face du pignon 14 qui est du côté de la zone de préhension 16 lorsque le levier d'actionnement 12 est en position haute (Cf. figure 5A) et par "face arrière" la face du pignon 14 qui 20 est du côté opposé à la zone de préhension 16 lorsque le levier d'actionnement 12 est dans ladite position haute. Par ailleurs, la dent inférieure 181 et la dent supérieure 191 encadrant la face avant 20 du pignon 14 sont telles que leurs axes de symétrie forment un angle J. Ce 25 dernier est de préférence compris entre 130 et 140 degrés et plus particulièrement de l'ordre de 137 degrés. De même, la dent inférieure 181 et la dent supérieure 191 encadrant la face arrière 21 du pignon 14 sont telles que leurs axes de symétrie forment un angle y. Ce dernier est de préférence 30 compris entre 165 et 175 degrés et plus particulièrement de l'ordre de 171 degrés. Conformément aux figures 5A à 5D, on va décrire ci-après le fonctionnement de la tête d'actionnement 10 selon l'invention. GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE - 7 Ainsi, sur la figure 5A, la tête d'actionnement 10 est représentée avec le levier d'actionnement 12 en "position haute", correspondant à la position dans laquelle la zone de préhension 15 est en position haute. Le pignon 14 est donc en position basse et la chaine 15 à une forme globale de U inversé entre ses extrémités 151, 152 et le pignon 14. En référence aux figures 5B à 5d, lorsque le levier d'actionnement 12 descend jusqu'à sa "position basse", correspondant à la position dans laquelle la zone de préhension 15 est en position basse, le pignon 14 remonte et pivote en "roulant" le long de la chaine 15 en entraînant vers le haut l'extrémité 152 de la chaîne 15 et l'extrémité supérieure du train de tiges 8. On procèdera dans le sens inverse pour faire remonter le levier d'actionnement 12 et entraînant vers le bas l'extrémité 152 de la chaîne 15 et l'extrémité supérieure du train de tiges 8. On voit bien que le train de tiges 8 se déplace uniquement le long d'un axe vertical 22 sensiblement coaxial à l'axe longitudinal de la colonne 4 d'exhaure car la chaîne 15 est entraînée par les dents inférieures 181 et/ou supérieures 191 et reste en contact avec le pignon 14 et ses faces avant 20 et arrière 21 notamment. Un autre avantage de la tête d'actionnement 10 selon l'invention est que le pignon 14 est tel que, quelle que soit sa position angulaire autour de l'axe 17, il y a toujours au moins deux dents inférieure(s) 181 et/ou supérieure(s) 191 en prise avec la chaîne 15. On comprend bien que, même si, la tête d'actionnement 10 pourrait fonctionner avec une seule dent dents inférieure 181 ou supérieure 191 en prise avec la chaîne 15, cette configuration avec au moins deux dents en prise sécurise l'entrainement et le déplacement de la chaîne 15 et donc le GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE - 8 train de tiges 8. Possibilité d'application industrielle Comme décrit précédemment, il est bien évident que la tête d'actionnement 10 selon l'invention est particulièrement adaptée à une pompe à main 1 pour le pompage de l'eau dans un puits ou un forage à profondeur variable pouvant aller de quelques mètres jusqu'à plusieurs centaines de mètres. Toutefois, il est toujours possible d'utiliser la tête d'actionnement 10 sur une pompe à main 1 pour l'extraction du pétrole en adaptant les matériaux utilisés pour la fabrication de la colonne 4 d'exhaure et le piston 9. Par ailleurs, la tête d'actionnement 10 pourra être 15 utilisée pour tout dispositif nécessitant la transformation d'un mouvement de rotation alternatif en un mouvement de translation alternatif autre qu'une pompe à main. Enfin, il est clair que la présente invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette tête 20 d'actionnement 10 ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE REVENDICATIONS1 - Tête d'actionnement (10) d'une pompe à main (1) du type constituée d'une colonne (4) d'exhaure ayant une extrémité dans un liquide à pomper et étant traversée par un train de tiges muni d'au moins une tige (8) animée d'un mouvement alternatif pour entraîner au moins un piston (9), ladite tête d'actionnement (10) comportant au moins un carter (11), un levier d'actionnement (12) articulé sur ledit carter (11) autour d'un axe (13) sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la colonne (4), un 10 pignon (14) articulé sur l'une des extrémités dudit levier d'actionnement (12) autour d'un axe (17) sensiblement parallèle audit axe (13) et une chaine (15) apte à coopérer avec ledit pignon (14) et solidaire ses extrémités (151, 152) respectivement audit carter (11) et à 15 la partie supérieure dudit train de tiges (8), ladite tête d'actionnement (10) étant caractérisée en ce que le pignon (14) comporte une pluralité de dents (181, 191) aptes à coopérer avec la chaîne (15) et est conformé pour que, lors de sa rotation autour de son axe (17) dans un 20 sens ou dans l'autre, d'une part, l'extrémité (152) de la chaîne (15) se déplace uniquement le long d'un axe vertical (22) sensiblement coaxial à l'axe longitudinal de la colonne (4) d'exhaure et, d'autre part, au moins une de ses dents (181, 191) soient toujours en prise avec la 25 chaîne (15). 2 - Tête d'actionnement (10) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le pignon (14) est conformé pour que, lors de sa rotation autour de son axe (17) dans un 30 sens ou dans l'autre, au moins deux de ses dents (181, 191) soient toujours en prise avec la chaîne (15). 3 - Tête d'actionnement (10) selon l'une quelconque GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE- 10 - des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le pignon (14) comporte au moins des dents (181), dites inférieures, disposées sur sa face inférieure (18) et des dents (191), dites supérieures, disposées sur sa face supérieure (19), une face avant (20) et une face arrière (21) disposées entre les faces inférieure (18) et supérieure (19). 4 - Tête d'actionnement (10) selon la revendication 3 caractérisée en ce qu'elle comporte deux dents inférieures (181) et deux dents supérieures (191) et en ce que lesdites dents inférieures (181) et supérieures (191) ont avantageusement un profil en développante de cercle et sont telles que leurs axes de symétrie forment un angle a. 5 - Tête d'actionnement (10) selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'angle a est compris entre 20 et 30 degrés. 6 - Tête d'actionnement (10) selon la revendication 5 caractérisée en ce que l'angle a est de l'ordre de 25 degrés. 7 - Tête d'actionnement (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisée en ce que les dents inférieure (181) et supérieure (191) encadrant la face avant (20) du pignon (14) sont telles que leurs axes de symétrie forment un angle J. 8 - Tête d'actionnement (10) selon la revendication 7 caractérisée en ce que l'angle L est compris entre 130 et 140 degrés. GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE- 11 - 9 - Tête d'actionnement (10) selon la revendication 8 caractérisée en ce que l'angle L est de l'ordre de 137 degrés. 10 - Tête d'actionnement (10) selon l'une quelconques des revendications 4 à 9 caractérisée en ce que les dents inférieure (181) et supérieure (191) encadrant la face arrière (21) du pignon (14) sont telles que leurs axes de symétrie forment un angle I. 11 - Tête d'actionnement (10) selon la revendication 10 caractérisée en ce que l'angle y est compris entre 130 et 140 degrés. 12 - Tête d'actionnement (10) selon la revendication 11 caractérisée en ce que l'angle y est de l'ordre de 137 degrés. GWE002-FR-3_TEXTE DEPOSE_RG/GE