Brevet FR3123693A1 — publié le 20221209

Dispositif de pompage submersible mobile Le dispositif de pompage (10) comprend un corps (12) prismatique délimitant une chambre (15), un piston (22) comprenant à son extrémité longitudinale libre une plaque (30) mobile entre une position fermée dans laquelle le passage de matière vers la chambre (15) est empêché, et une position ouverte dans laquelle le passage de matière vers la chambre (15) est autorisé, au moins un conduit de refoulement (40) en communication fluidique avec la chambre (15), au moins une vanne (46) à une entrée du conduit de refoulement (40) mobile entre une position fermée dans laquelle le passage de matière depuis la chambre (15) vers l’au moins un conduit de refoulement (40) est empêché, et une position ouverte dans laquelle le passage de matière depuis la chambre (15) vers l’au moins un conduit de refoulement (40) est autorisé, et un système d'entraînement externe (50) configuré pour déplacer le dispositif (10) lors de son fonctionnement. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Dispositif de pompage submersible mobile La présente invention concerne un dispositif de pompage submersible. Il existe des pompes submersibles utilisées pour vider des bassins dont la hauteur d’aspiration est trop importante pour qu’une pompe extérieure puisse être utilisée. Ces pompes submersibles sont en général des pompes centrifuges qui créent des pressions négatives dans la zone d’entrée de la pompe. Les substances à pomper sont aspirées vers l’intérieur de la pompe. Dans le cas de substances non homogènes, certaines pompes submergées sont conçues pour tolérer le passage de particules solides, comme c’est le cas pour le transport des eaux usées et des déjections animales liquides, comme pour le lisier de porc. Face à cette force d’aspiration, les réactions des phases solides et liquides sont différentes. La phase liquide, qui est plus mobile, est capable de se mouvoir entre les particules solides et d’être aspirée plus facilement à l’intérieur de la pompe, apportant avec elle les particules solubles et les solides mis en suspension par les effets de turbulence. Par conséquent, lorsque la substance à pomper comprend de grandes concentrations de solides, la phase liquide est davantage pompée, générant une accumulation de la fraction solide dans le fond. Ceci est notamment vrai pour le lisier de porc. Bien que pompé après agitation des fosses, pour en homogénéiser son contenu, la fraction solide s’accumule partiellement d’année en année dans le fond des fosses. Il est donc nécessaire de réaliser un curage mécanique régulier des fosses vides pour qu’elles récupèrent leur volume d’origine. Ce nettoyage se fait soit avec des engins lourds, comme des tractopelles, par hydrocurage, avec ajout et mélange d’eau, soit manuellement. On connaît également des pompes à piston, adaptées pour le transport de substances à tout niveau de charge de particules solides ou de viscosité. De telles pompes sont utilisées notamment pour le transport des aliments dans des usines, du béton, des boues ou même des fumiers bovins, relativement secs et pailleux. Néanmoins ces résultats ne sont possibles que grâce au fait que l’alimentation de la pompe est faite en pression positive, généralement grâce une trémie qui décharge le matériel directement à l’intérieur du corps de la pompe. Ce type de pompage de produits difficiles ne peut être utilisé que dans des cas d’installations conçues dès le début pour déverser la charge solide dans la pompe, par convoyeur ou par gravité. C’est le cas des silos, des camions bétonnières qui coulent le béton dans la trémie de la pompe, des installations pour l’élevage de bovins qui possèdent un fossé dédié à la réception des boues de raclage, avec une pompe souterraine, ou des stations de traitement des eaux usées par boues activées dans lesquelles les bassins de décantation sont conçus en forme de prisme formant ainsi un grand entonnoir et muni d’un système de raclage, qui oriente les boues séparées vers la sortie au fond, reliée aux équipements de pompage. Cependant, les systèmes décrits ci-dessus ne permettent pas d’aspirer dans des zones à haute concentration de particules solides, et avec une hauteur nécessitant la création de pressions négatives, non prévues pour être évacuées automatiquement de ces solides. Il existe donc un besoin pour un dispositif de pompage permettant d’aspirer dans des zones présentant une concentration importante de particules solides, et dont la hauteur nécessite l’aspiration par l’application de pressions négatives. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de pompage submersible mobile comprenant un corps prismatique délimitant une chambre de réception de matière à pomper, un piston configuré pour se déplacer dans la chambre de réception du corps prismatique et s’étendant entre un côté d’admission et un côté de refoulement, le piston présentant une extrémité longitudinale libre et comprenant à son extrémité longitudinale libre une plaque mobile entre une position fermée dans laquelle le passage de matière vers la chambre de réception du corps prismatique est empêché, et une position ouverte dans laquelle le passage de matière vers la chambre de réception est autorisé, le dispositif de pompage comprenant en outre au moins un conduit de refoulement en communication fluidique avec la chambre de réception et le dispositif de pompage comprenant au moins une vanne à une entrée du conduit de refoulement, l’au moins une vanne étant mobile entre une position fermée dans laquelle le passage de matière depuis la chambre de réception vers l’au moins un conduit de refoulement est empêché, et une position ouverte dans laquelle le passage de matière depuis la chambre de réception vers l’au moins un conduit de refoulement est autorisé, le dispositif de pompage comprenant en outre un système d'entraînement externe configuré pour déplacer le dispositif lors de son fonctionnement. Grâce à l’agencement du dispositif de pompage submersible, il est possible de pomper notamment des substances visqueuses ou à fortes concentrations de particules solides, contenues dans des structures où l’admission gravitaire par le haut de la pompe est impossible ou trop complexe à mettre en œuvre. Contrairement aux autres dispositifs de pompage qui attendent passivement l'entrée des matières à pomper dans son intérieur, ou qui créent des pressions négatives pour induire cette même entrée, le dispositif selon l’invention récupère la matière là où elle est déposée, à l’image d’un robot de piscine. La matière rentre dans le corps du dispositif ouvert lors de son déplacement, avant d’être envoyée par les conduits vers l’extérieur. Le dispositif selon l’invention est en outre adapté pour pomper des substances dont la viscosité ou la concentration élevée en particules solides ne permettent que difficilement l’aspiration par une pompe sans qu’une grande quantité d’énergie ou un mélange ou une dilution préalable ne soit nécessaire. Le dispositif selon l’invention peut également être utilisé dans des situations où la substance à pomper se trouve au fond d’une structure ne possédant pas de drain capable d’amorcer une pompe traditionnelle par pression positive. Selon des modes de réalisation du dispositif de pompage, pris seuls ou selon toute combinaison techniquement réalisable : - lorsque la plaque est en position fermée, l’au moins une vanne est en position ouverte, et lorsque la plaque est en position ouverte, l’au moins une vanne est en position fermée ; - l’au moins un conduit de refoulement comprend deux conduits de refoulement ; - l’au moins une vanne est une vanne à guillotine, ou une vanne passive, ou une vanne papillon, ou une vanne sphérique, ou une soupape ; - l’au moins une vanne est actionnée par un système d'entraînement électrique, ou pneumatique, ou hydraulique, ou mécanique, ou un actionnement passif par différence de pression entre la chambre et l’au moins un conduit de refoulement ; - le corps comprend une paroi périphérique délimitant la chambre de réception de matière à pomper, et dans lequel la plaque est pleine et est mobile en translation dans la course du piston en étant plaquée contre une portion de la paroi du corps prismatique et configurée pour s’étendre transversalement au corps prismatique du côté d’admission ; - la plaque est transversale au corps prismatique, est mobile en translation dans la course du piston et comprend une soupape ; - l’actionnement de la plaque est passif ou entrainé par des dispositifs de commande ; - le système d'entraînement externe comprend au moins deux tubes télescopiques fixés au corps de part et d’autre de la chambre et reliés à des pieds, des câbles, des roues, et/ou des chenilles. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - La représente une vue schématique en perspective du dispositif de pompage selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - La représente une vue schématique en perspective du dispositif de la dans lequel une partie du corps de piston et le système d'entraînement externe ne sont pas représentés, la plaque étant en position ouverte et l’au moins une vanne en position fermée ; - La représente une vue schématique analogue à la , la plaque étant en position fermée et l’au moins une vanne en position ouverte ; - La représente une vue schématique du dispositif de pompage selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans lequel une partie du corps de piston et le système d'entraînement externe ne sont pas représentés, la plaque étant en position ouverte et l’au moins une vanne en position fermée ; et - La représente une vue schématique du dispositif de pompage de la , la plaque étant en position ouverte et l’au moins une vanne en position fermée. On a représenté sur la un dispositif de pompage 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le dispositif de pompage 10 comprend un corps 12 prismatique. Le corps 12 comprend une paroi périphérique 14 délimitant une chambre 15 de réception de matière à pomper. La paroi périphérique 14 présente par exemple une section transversale de forme rectangulaire. Selon cet exemple, la paroi périphérique 14 comprend une portion inférieure 16 configurée pour longer le fond d’une surface à curer, une portion supérieure 18 sensiblement parallèle à la portion inférieure 16, et deux portions latérales 20. La paroi périphérique 14 présente un bord d’extrémité 21 libre placé d’un côté d’admission C1 de matière à pomper. Le corps 12 est par exemple réalisé en métal, en particulier en acier inoxydable. Le dispositif de pompage 10 comprend un piston 22, configuré pour se déplacer dans la chambre 15 délimitée par le corps 12. Le piston 22 est animé par toute source d’énergie envisageable, par exemple hydraulique, pneumatique ou électrique. Le piston 22 a une course s’étendant suivant une direction longitudinale L et allant en direction du côté d’admission C1 de matière à pomper. Le piston 22 présente une extrémité longitudinale libre 24 et une extrémité longitudinale 26 liée placée d’un côté de refoulement C2 du dispositif de pompage 10 opposé au côté d’admission. Le piston 22 comprend à son extrémité longitudinale libre 24 une plaque 30 mobile entre une position fermée dans laquelle le passage de matière à pomper vers la chambre 15 est empêché, et une position ouverte dans laquelle le passage de matière à pomper vers la chambre 15 est autorisé. Dans le premier mode de réalisation représenté sur la , la plaque 30 est pleine et est mobile en translation longitudinale. Le long de la course du piston 22, la plaque 30 est plaquée contre une portion de la paroi périphérique 14 du corps 12. En particulier, la plaque 30 est plaquée contre la portion supérieure 18 de la paroi périphérique 14. La plaque 30 se déplace par exemple le long de rails prévus sur la paroi périphérique 14. Lorsque la plaque 30 atteint le bord d’extrémité 21 libre de la paroi périphérique 14, la plaque 30 s’étend transversalement au corps 12 de façon à fermer la chambre 15 de réception de matière. L’actionnement de la plaque 30 peut être passif ou entrainé par des dispositifs de commande. Dans un deuxième mode de réalisation représenté sur la , la plaque 30 s’étend transversalement au corps 12, et comprend une soupape 36. La soupape 36 est configurée pour être fermée dans un mouvement du piston 12 du côté d’admission C1 vers le côté de refoulement C2. La soupape 36 est configurée pour être ouverte dans un mouvement du piston 12 du côté de refoulement C2 vers le côté d’admission C1. La soupape peut être composée d’une seule pièce ou divisée en plusieurs pièces. En particulier, dans le mode de réalisation de la , la soupape 36 est divisée en deux pièces 37, 38. Les deux pièces 37, 38 sont typiquement mobiles en rotation autour d’un axe central porté par un cadre mobile en translation le long de rails longitudinaux. En position ouverte de la soupape 36, les deux pièces 37, 38 sont plaquées l’une sur l’autre. En position fermée de la soupape 36, les deux pièces 37, 38 forment un angle sensiblement égal à 180° entre elles. L’actionnement de la soupape 36 peut être passif ou entrainé par des dispositifs de commande. Le nombre et la dimension des soupapes est avantageusement adapté selon les conditions de fonctionnement du dispositif. La plaque 30 est par exemple réalisée en métal, en particulier en acier inoxydable. Le dispositif de pompage 10 comprend au moins un conduit 40 de refoulement de la matière pompée. L’au moins un conduit 40 comprend une entrée 44 en communication fluidique avec la chambre 15 et une sortie (non représentée) qui peut être raccordée avec une pompe ou être ouvert en atmosphère. L’au moins un conduit 40 est par exemple un flexible. En particulier, le dispositif 10 comprend deux conduits 40. L’au moins un conduit de refoulement 40 permet d’évacuer la matière accumulée dans la chambre 15 lors du pompage. Le dispositif de pompage 10 comprend au moins une vanne 46 disposée à l’entrée 44 de l’au moins un conduit 40. L’au moins une vanne 46 est mobile entre une position fermée dans laquelle le passage de matière depuis la chambre 15 vers l’au moins un conduit 40 est empêché, et une position ouverte dans laquelle le passage de matière depuis la chambre 15 vers l’au moins un conduit 40 est autorisé. Dans l’exemple représenté sur la , le dispositif de pompage 10 comprend deux vannes 46 disposée chacune à l’entrée 44 d’un conduit 40. L’au moins une vanne 46 est par exemple une vanne à guillotine. En variante non représentée, l’au moins une vanne est une vanne papillon, une vanne sphérique, une soupape ou tout autre type de vanne adapté. L’au moins une vanne 46 est par exemple actionnée par un système d'entraînement électrique, pneumatique, hydraulique, mécanique, un actionnement passif par différence de pression entre la chambre et l’au moins un conduit de refoulement, ou tout autre type d’actionnement adapté. Le nombre et la dimension des vannes 46 est adapté selon les conditions de fonctionnement du dispositif. Le dispositif de pompage 10 est configuré, une fois introduit dans la matière à pomper, pour englober un volume solide avec le corps 12 du piston 22 à chaque cycle du piston 12. A cet effet, la fermeture de la plaque 30 entraîne une dépression dans la chambre 15 du piston 12. Cela permet de faire avancer la matière vers l’au moins un conduit 40 de refoulement de la même manière qu’une seringue. Afin de ne pas créer une dépression dans la couche de matière solide à pomper, qui serait immédiatement remplie par la fraction liquide, plus mobile, le dispositif doit se déplacer à chaque cycle pour englober de la nouvelle matière solide à être pompée au cours du cycle suivant, comme cela sera détaillé ci-après. Le dispositif 10 comprend à cette fin un système d'entraînement externe 50 configuré pour déplacer le dispositif 10 lors de son fonctionnement. Dans le mode de réalisation de la , le système d'entraînement externe 50 comprend deux tubes télescopiques 52 fixés au corps 12 de part et d’autre de la chambre 15, et mis en mouvement simultanément au piston 22. Chaque tube télescopique 52 s’étend avantageusement suivant la direction longitudinale L. Les tubes télescopiques 52 sont par exemple articulés chacun autour d’une liaison pivot 54 au piston 22. Chaque liaison pivot 54 et mobile en rotation autour d’un axe A transversal. Les tubes télescopiques 52 sont par exemple munis à leur extrémité 56 opposée à la liaison pivot 54 de deux pieds indépendants 58. L’extension de chacun des deux tubes télescopiques 52 permet de déterminer le mouvement effectué par le dispositif de pompage 10. Ainsi, si les deux tubes télescopiques 52 s’étendent suivant une même longueur, le dispositif de pompage 10 se déplace en ligne droite. Chaque tube télescopique 52 est avantageusement fixé à un tube télescopique supplémentaire. Le tube télescopique supplémentaire permet de soulever chaque pied 58 dans un premier mouvement vertical, puis le déploiement du tube télescopique 52 avance le pied 58 de façon à déplacer le dispositif de pompage 10. En variante non représentée, le système d’entraînement externe comprend un nombre de pieds différent, et/ou des câbles, et/ou des roues, et/ou des chenilles ou tout autre système adapté pour déplacer le dispositif 10. Le système d’entraînement externe est adapté en fonction des conditions du milieu de travail. Le système d’entraînement externe 50 est par exemple mis en fonctionnement par un entraînement électrique, pneumatique, hydraulique, ou tout autre entraînement adapté. Contrairement aux autres dispositifs de pompage connus qui attendent passivement l'entrée des matières à pomper dans leur intérieur, ou qui créent des pressions négatives pour induire cette entrée de matières à pomper, le dispositif de pompage 10 récupère la matière là où elle est déposée. Aussi, le déplacement du dispositif de pompage 10 aide à ne pas créer des dépressions dans la matière à pomper, ce qui entrainerait l'entrée de la phase liquide à l'intérieur du dispositif. Le dispositif de pompage 10 est configuré pour être submersible. Un procédé de mise en œuvre d’un dispositif de pompage 10 selon l’invention va maintenant être décrit. Le procédé est cyclique, ainsi pour la présente description, la première étape est choisie de façon arbitraire. Le piston 22 est en fin de course du côté de refoulement C2 du dispositif de pompage 10, l’au moins une vanne 44 passe en position fermée et la plaque 30 passe en position ouverte. De cette façon, la matière aspirée par l’au moins un conduit 40 ne peut être refoulée. En particulier, dans le premier mode de réalisation la plaque 30 est plaquée contre une portion de la paroi périphérique 14 du corps 12, comme cela est visible sur la . Dans le deuxième mode de réalisation, la soupape 36 est ouverte, comme cela est visible sur la . Le piston 22 commence sa course vers le côté d’admission C1 du dispositif 10 avec la plaque 30 en position ouverte. La matière se trouvant le long de la course du piston 12 est admise dans la chambre 15. En fin de course du piston 22 du côté d’admission C1, la plaque 30 passe en position fermée. En particulier, dans le premier mode de réalisation la plaque 30 est rabattue et s’étend transversalement au corps 12 de façon à fermer la chambre 15 de réception de matière, comme cela est visible sur la . Dans le deuxième mode de réalisation, la soupape 36 est fermée de façon à fermer la chambre 15 de réception de matière, comme cela est visible sur la . La matière est compressée en direction de l’au moins une vanne 46. L’au moins une vanne 46 passe en position ouverte et la matière admise est aspirée dans l’au moins un conduit 40 de refoulement. Pendant l’aspiration de la matière, le piston se dirige vers le côté de refoulement C2 avec la plaque 30 en position fermée. Le système d'entraînement externe 50 déplace le dispositif de pompage 10. Le cycle peut ainsi recommencer. La pompe selon l’invention peut être utilisée pour une pluralité d’applications, par exemple le curage des boues des bassins de traitement des eaux usées par lagunage, sans nécessité d’assécher les eaux usées. Les sédiments pompés ne sont pas remis en suspension, la qualité de l’effluent traité n’est donc pas compromise. Les boues sont plus concentrées et donc plus faciles à sécher et à valoriser. Grâce à l’agencement du dispositif de pompage 10 avec la plaque 30 et l’au moins une vanne 46, il est possible de pomper notamment des substances visqueuses ou à fortes concentrations de particules solides en appliquant une pression positive dans la chambre 15. Le dispositif de pompage 10 peut être utilisé dans la récupération d’une fraction solide des lisiers d’animaux bruts ou digestats des unités de méthanisation qui sont naturellement séparées par décantation au fond des fosses de stockage, pour le nettoyage de la fosse, ou comme substitut des procédés appelés de séparation de phase, pour lequel l’intérêt est d’avoir ces deux fractions séparées en vue des conditions avantageuses de stockage, d’épandage, de transport et ou de fertilisation des cultures. Le dispositif de pompage 10 peut être utilisé pour le curage des boues dans les cours d’eau, par exemple les canaux ou les étangs. Les boues ne sont pas remises en suspension, contrairement à un curage par tractopelle. Le dispositif de pompage 10 peut être utilisé dans le transport de matières premières issues de l’activité minière, par exemple le phosphore. Le dispositif de pompage 10 peut être utilisé pour le curage des bassins de stockage des lisiers traités par des procédés biologiques. Le dispositif de pompage 10 selon l’invention peut être fixé à un flotteur permettant d’indiquer visuellement la position du dispositif de pompage 10 lorsqu’il est submergé. Dispositif de pompage (10) submersible mobile comprenant un corps (12) prismatique délimitant une chambre (15) de réception de matière à pomper, un piston (22) configuré pour se déplacer dans la chambre (15) de réception du corps (12) prismatique et s’étendant entre un côté d’admission (C1) et un côté de refoulement (C2), le piston (22) présentant une extrémité longitudinale libre et comprenant à son extrémité longitudinale libre une plaque (30) mobile entre une position fermée dans laquelle le passage de matière vers la chambre (15) de réception du corps (12) prismatique est empêché, et une position ouverte dans laquelle le passage de matière vers la chambre (15) de réception est autorisé, le dispositif de pompage (10) comprenant en outre au moins un conduit de refoulement (40) en communication fluidique avec la chambre (15) de réception et le dispositif de pompage (10) comprenant au moins une vanne (46) à une entrée du conduit de refoulement (40), l’au moins une vanne (46) étant mobile entre une position fermée dans laquelle le passage de matière depuis la chambre (15) de réception vers l’au moins un conduit de refoulement (40) est empêché, et une position ouverte dans laquelle le passage de matière depuis la chambre (15) de réception vers l’au moins un conduit de refoulement (40) est autorisé, le dispositif de pompage (10) comprenant en outre un système d'entraînement externe (50) configuré pour déplacer le dispositif (10) lors de son fonctionnement. Dispositif de pompage (10) selon la revendication 1, dans lequel lorsque la plaque (30) est en position fermée, l’au moins une vanne (46) est en position ouverte, et lorsque la plaque (30) est en position ouverte, l’au moins une vanne (46) est en position fermée. Dispositif de pompage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’au moins un conduit de refoulement (40) comprend deux conduits de refoulement. Dispositif de pompage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une vanne (46) est une vanne à guillotine, ou une vanne passive, ou une vanne papillon, ou une vanne sphérique, ou une soupape. Dispositif de pompage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une vanne (46) est actionnée par un système d'entraînement électrique, ou pneumatique, ou hydraulique, ou mécanique, ou un actionnement passif par différence de pression entre la chambre et l’au moins un conduit de refoulement (40). Dispositif de pompage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le corps (12) comprend une paroi périphérique (14) délimitant la chambre (15) de réception de matière à pomper, et dans lequel la plaque (30) est pleine et est mobile en translation dans la course du piston (22) en étant plaquée contre une portion de la paroi (14) du corps (12) prismatique et configurée pour s’étendre transversalement au corps (12) prismatique du côté d’admission (C1). Dispositif de pompage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la plaque (30) est transversale au corps (12) prismatique, est mobile en translation dans la course du piston (22) et comprend une soupape (36). Dispositif de pompage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’actionnement de la plaque (30) est passif ou entrainé par des dispositifs de commande. Dispositif de pompage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le système d'entraînement externe (50) comprend au moins deux tubes télescopiques (52) fixés au corps (12) de part et d’autre de la chambre (15) et reliés à des pieds (58), des câbles, des roues, et/ou des chenilles.