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Title:
SELF-PRIMING PUMPING METHOD AND DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1991/013258
Kind Code:
A1
Abstract:
A self-priming device for pumping a carrier fluid from a first to a second enclosure (5), comprising a (depression effect) self-priming pump including an endless screw (1) attached to a core (30) in order to form threads which define a series of sucessive spaces forming a pumping chamber (31), the capacity of which increases from the inlet (32) and towards the outlet (33) thereof. Said device is characterized in that its outlet (33) opens into the second enclosure (5) and is submerged in the carrier fluid held therein so that on priming, the so-called major carrier, in the second enclosure (5) is lifted through the same opening (33) faster than the pump injects it into the screw (1).

Inventors:
GIRARDET CLAUDE PIERRE LOUIS (FR)
Application Number:
PCT/FR1991/000153
Publication Date:
September 05, 1991
Filing Date:
February 25, 1991
Export Citation:
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Assignee:
GIRARDET CLAUDE PIERRE LOUIS (FR)
International Classes:
F04D3/02; F04D9/02; F04D29/18; (IPC1-7): F04D3/02; F04D9/02; F04D29/18
Foreign References:
DE2004166A11970-08-13
SU177284A1
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Claims:
REVENDICATIONS
1. : Dispositif de pompage à amorçage automatique d'un fluide porteur à partir d'une première enceinte vers une seconde enceinte, comprenant une pompe a autoamorçage (effet deprimogène) comportant une vis sans fin (1) solidaire d'une âme (30) pour former des filets délimitant entre eux une série de volumes successifs formant une chambre de pompage (31) dont la capacité augmente de l 'entrée (32) de la pompe vers sa sortie (33) , caractérisé en ce que la pompe est a amorçage automatique et en ce que sa sortie (33) débouche dans la deuxième enceinte (5) , de manière à être immergée dans le fluide porteur qui y est contenu pour refouler, par le même orifice (33), à l'amorçage, le porteur dit majoritaire de la seconde enceinte (5) plus rapidement que la pompe ne l 'introduit a l'intérieur de la vis (1) . Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe décrite conserve toutes ses caractéristiques en valeur optimum quelle que soit sa position de montage. Dispositif selon la revendication 1 et 2, caractérisée en ce que la pompe comporte : une partie en mouvement, en carbone (vis) un organe d'entraînement magnétique (14, 19. 20) incluant des pièces d'accouplement en terre rare, du type samarium, cobalt ou néodyme de fer ou de bore. Dispositif selon la revendication 1 et 2. caractérisée en ce que l'âme (30) est conique et le diamètre extérieur des filets est constant, de telle sorte que le volume occupe, entre deux filets, va en augmentant lorsque l'on se déplace de la partie antérieure (32) de la pompe vers sa partie postérieure (33). Dispositif selon la revendication 1 et 2, caractérisée en ce que l'âme (30) a un diamètre constant et le diamètre extérieur des filets est conique, de telle sorte que le volume occupé entre deux filets va en augmentant lorsque l'on se déplace de la partie antérieure (32) de la pompe vers sa partie postérieure (33) . 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le pas des filets est constant . 7 Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisée en ce que le pas des filets est variable. 8 Procédé de pompage d'un fluide, dit porteur, a partir d'une première enceinte vers une deuxième enceinte, à l'aide d'une pompe a amorçage automatique, conforme à l'une des revendications 1 à 7. caractérisé en ce qu'il consiste : a prévoir de remplir la deuxième enceinte avec un fluide dit majoritaire et à y immerger la sortie de la pompe. â assurer l'amorçage de la pompe par mise en marche de cette dernière à une vitesse suffisante pour créer une dépression dans la chambre de pompage et à refouler de la dite chambre le fluide majoritaire plus rapidement qu'il n'est aspiré, une fois l 'amorçage réalise, à effectuer le pompage de manière classique par aspiration du fluide porteur. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérise en ce qu'il consiste â créer la dépression par aspiration du fluide majoritaire dans la chambre de pompage, simultanément et en sens inverse de l 'aspiration du fluide porteur, jusqu'à ce que le fluide majoritaire soit refoulé dans la deuxième enceinte en fin d'amorçage (effet déprimogene) . 10 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, après l'amorçage, la variation du débit de pompage est assurée par simple variation de la vitesse de rotation de la pompe.
Description:
DISPOSITIF ET PROCEDE DE POMPAGE A AMORÇAGE AUTOMATIQUE

La présente invention concerne une pompe auto- amorçante automatique. Le terme "auto-amorçant" signifie que, pour véhiculer un fluide (gazeux ou liquide...) d'un point A à un point B, on créé une dépression ou une succion de telle sorte que le point de départ (A) puisse véhiculer ces fluides liquides ou gazeux, de densité supérieure à la densité de l 'air, sur des dénivellations de plusieurs mètres jusqu'au point haut (B) .

Les principales pompes auto-amorçante existantes sont du type dit a engrenages, à clapets, à membranes , péristaltiques ou d'un type plus récent consistant en une pompe qui utilise l'effet de déformation d'un liquide porteur, créant une dépression (voir brevets US-4,562,605) .

Les pompes identifiées comme suit :

- DE-A-2004166 (PLESSEY)

- FR-A-719967 (MERCIER) - BE-A-393560 (BAERT)

- GB-A-26766/1911 (HANSEN)

- SU-A-177284 (GOLUBYEV)

- US-A-2030560 (ADAMS) possèdent pour certaines d'entre elles soit : - une vis conique

- une vis à pas variable

- une turbine mais ne sont pas auto-amorçante.

Le type de pompe auto-amorçante à vis excentrée non automatique (brevet GB-A-1425997) fonctionne uniquement lorsque le corps de la pompe est en position strictement horizontale. En effet, 1 'horizontabi1ite par rapport à l'axe de rotation de l'élément mobile du système (vis, turbine...) est requise pour engendrée la centr fugation nécessaire au bon fonctionnement du système et nécessite un flux d'amorçage ou porteur de densité sensiblement homogène au flux principal, appelé "traversant" c'est à dire utilisant une entrée et une sortie opposées, et positionnées sur ie corps du système de pompage.

L'invention permet par un procédé différent de créer, à l'aide d'un porteur quelconque, une succion ou une dépression par effet deprimogène. Ce procédé consiste à créer une différence de débit entre le porteur dont la quantité d'introduction dans la pompe est inférieure a la quantité d'extraction et ce, par un seul et même orifice immergé (voir fig. 1, 2, 3). II faut en effet remarquer que, dans la phase

"amorçage", le flux porteur qui va créer la dépression nécessaire à la fontion "pompage du fluide à véhiculer" (ou fluide minoritaire), entre et sort par le même orifice 33 ; notons le spectre du fluide d'amorçage en forme de la lettre V repère 8 fig. 1.

Ce dispositif possède une réversibilité partielle sans aucune modification, il devient alors un procédé de pompage à amorçage non automatique.

Ce dispositif peut donc véhiculer des fluides liquides ou gazeux en ayant une charge constante sur l'orifice 33 appelé alors ENTREE.

La SORTIE se trouvant en repère 11 ; la position du clapet anti-retour optionnel, est une fonction extérieure et nullement nécessaire au bon fonctionnement du dispositif.

En général , une pompe est destinée à pomper un porteur qui se situe dans une première enceinte, vers une seconde enceinte. Ce flux est appelé "fluide minoritaire" .

Le procédé peut être obtenu par la fait que la chambre de pompage va en augmentant lorsque l'on se déplace dans le sens du porteur a pomper. Le terme "porteur" désigne un fluide liquide, gazeux ou pulverulant .

Dans le cas de l'invention, cette variation de volume de la chambre fait qu'une partie du porteur, remplissant la seconde enceinte, est aspirée en sens inverse de la direction du porteur minoritaire.

La somme flux minoritaire et flux majoritaire constitue le porteur résultant.

Le porteur majoritaire provient de la deuxième enceinte 5 consistant en un bac. Ce procédé fonctionne lorsque la sortie de la pompe est immergée dans le contenu dans la deuxième enceinte enceinte .

Du fait de la variation de la chambre de pompage.

une partie du porteur, contenue dans la deuxième enceinte, est aspirée dans la chambre de pompage, selon un sens inverse de celui du porteur minoritaire, jusqu'au niveau de la chambre de pompage du porteur minoritaire venant de la première enceinte, si bien que le porteur minoritaire est mélange au porteur ma oritaire.

Dans le cas où le porteur de la deuxième enceinte est constitué par un liquide, le porteur, compris entre la chambre de pompage et la première enceinte, est constitué de gaz, alors que le porteur résultant est constitué d'un mélange de liquide et de bulles de gaz. Il en resuite que, très rapidement, cette partie gazeuse est chassée dans la deuxième enceinte, créant, dans la pompe d'entrée, une dépression qui aspire le produit liquide de la première enceinte.

A partir de ce moment, le porteur minoritaire est 1iquide .

La pompe fonctionne, également, lorsque la deuxième enceinte est remplie de gaz et que la première enceinte est remplie d'un gaz a pomper ou d'un liquide à pomper. Cette variation de la chambre peut être obtenue : a) - dans la vis sans fin à pas variable dont l'âme centrale peut être linéaire ou conique, b) - dans une vis sans fin à pas constant dont la partie centrale peut être linéaire ou conique. Les paramètres de variation de pas de vis. de

conicité (linéaire, concave, convexe, en escalier ou de forme indéterminée) influencent le rendement de la pompe .

Ce principe de fonctionnement est que le volume d'entrée de la chambre de pompage du produit porteur est inférieur au volume de sortie de la chambre de pompage. Quel que soit le diamètre, la longueur, le pas de vis, l 'angle du cône, ces paramètres n'interviennent que pour l 'obtention de rendements différents (diff rence de valeur de succion ou de dépression, différence de débit).

Le principe de fonctionnement demeure si le pas de la vis est à droite ou à gauche.

Le principe de fonctionnement par effet déprimogene est basé sur le fait que la rotation de la vis, à compter d'une certaine vitesse refoule le porteur majoritaire plus rapidement qu'elle ne l'introduit à l'intérieur de la vis par le même orifice, crée ainsi une dépression (cette vitesse de rotation minimum sera dénommée "vitesse d'amorçage") , permettant ainsi l'aspiration d'un produit porteur minoritaire .

Cette vitesse d'amorçage décroit en fonction de l'écart du diamètre intérieur de la chambre de pompage et du diamètre extérieur de la partie mobile, ou vis. Cette vitesse est miniumum lorsqu'il y a contact mécanique entre les deux valeurs précitées (exemple : pompe à pallettes).

La vitesse d'amorçage atteinte, le débit du porteur minoritaire augmente en suivant une fonction, en rapport avec l'augmentation de la vitesse de rotation de la vis. Cette pompe fonctionne donc avec un produit primaire porteur.

La partie, entraînant la rotation de la vis, peut être un moteur électrique, une turbine hydraulique, une turbine pneumatique ou tout autre système entraînant la rotation d'un axe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la. description et des exemples de réalisâtion suivants, faits en référence aux dessins annexes sur lesquels :

- La fig. 1 est une coupe verticale de la partie pompe représentée schématiquement pour en expliquer le fonctionnement,

- les fig. 2 et 3 sont des coupes verticales représentant des réalisations pratiques de i pompe. non limitatives, données simplement a titre d'exemples,

- la fig. 4 est une coupe verticale prise a partir de la fig.l d'un exemple d'entraînement de la vis 1, à l'aide d'un moteur électrique,

- les fig. 5 et 5a représentent, de manière schématique, l'entraînement magnétique solidaire de l'axe d'entraînement du moteur.

- la fig. 7 représente une coupe verticale schématique d'une pompe et d'une partie motrice.

Selon l'invention, la pompe comporte, selon un premier exemple de réalisation (fig. 1 et 2), une vis 1 sans fin dont l'âme 30 est conique et le diamètre extérieur des filets constant. La partie de la vis proche de l'entrée de la pompe débouchant dans la première enceinte, est appelée partie antérieure 32 de la vis 1 et la partie débouchant dans la deuxième enceinte 5 est appelée partie postérieure 33 de la vis 1. Le volume dans la profondeur d'un filet augmente lorsque l 'on se déplace de l 'entrée de la pompe vers sa sortie dans la deuxième enceinte 5. La vis 1 est montée dans une chambre 31 cylindrique, de diamètre constant. Selon un second exemple de réalisation (fig. 3) , l'âme 30 de la vis 1 a un diamètre constant tout au long de la vis 1 et le diamètre extérieur des filets est conique. Le petit diamètre du cône est situé à l'entrée du porteur minoritaire et le grand diamètre a la sortie de la deuxième enceinte 5. La chambre 31 est alors conique, de même conicite que la vis 1.

La partie antérieure 32 de la vis 1 est reliée à une base de l'entraînement magnétique solidaire de la vis 1. La liaison axe entraînant-axe entraîné est mécanique avec, par exemple, étanσhéité par joint tournant.

Une entretoise de butée 3 en matériau conducteur ou non d'électricité, est situé entre cette base

d'entraînement et une butée 7 .

Une butée 7 et une électrode 6 permettent une prise d'information pour la mesure de résistivité du bain résultant, en vue de son contrôle. Pour l'électrode repère 6. le matériau utilisé devra être conducteur de l'électricité. Pour la butée repère 7, le matériau utilisé devra être conducteur de l'électricité, non magnétique lors d'un couplage magnétique entre la partie entraînante et la partie entraînée.

La flèche 8 indique le sens d'aspiration du porteur majoritaire et son refoulement dans le bac 5 par le même orifice, alors que la flèche 9 indique le sens du produit porteur minoritaire venant de la première enceinte.

La gâche 10 représente la résultante, après amorçage, du liquide porteur majoritaire + liquide porteur minoritaire.

Un clapet anti-retour 11 est fixe sur l'entrée de la pompe. La pompe est fixée, soit par axe, ecrou fileté, clip ou tout autre moyen représente schématique-ment par la référence 12.

La vis 1 étant en rotation suivant le sens du pas (droit ou gauche) attire le liquide porteur 8 à contre sens (effet déprimogène) , provoquant une résistance a l'introduction du liquide porteur. Suivant le diagramme, le liquide porteur sort en 10 avec un volume supérieur au volume d'entrée créant une dépression et

- g -

nous retrouvons, a cet endroit, un mélange du liquide porteur 8 et du iiquide porteur minoritaire 9.

La partie entraînante est constituée de la butée 7 servant de prise d'information de résistivité au bain. Contre cette butée, une entretoise de butée 13 en matériau conducteur ou non d'électricité, limitant l'effort axial sur l'axe entraînant, qu'il soit issu d'un moteur électrique 16 ou de tout autre axe d'entraînement. Selon un exemple de réalisation, les moyens d'entraînement 14 sont constitues d'une base de l 'entraînement magn tique solidaire de l 'axe d'entraînement (axe d'un moteur électrique ou de tout autre axe d'entraînement). Nous remarquons le montage d'un court-circuit magnétique 20 (fig. 6). Ce moteur électrique 16 est placé dans une protection 15 et est alimenté par les lignes électriques 17 et 18.

Sur les fig. 5 et 5a, on retrouve les éléments portant les références suivantes : La vis en matériau conducteur ou non d'électricité 1 avec sa base solidaire 2 de l'entraînement magnétique repose sur une entretoise de butée 3 munie de pièces magnétiques en terre rare, samarium, cobalt ou néodyme , de fer ou de bore 19. L'entretoise de butée en matériau conducteur ou non 13 peut être ou non mise en place et logée dans la base d'entraînement magnétique 14 solidaire de l'axe d'entraînement du moteur 16 ainsi que les pièces

magnétiques en terre rare, samarium, cobalt ou néodyme, de fer ou de bore 19 posées sur un court-circuuit magnétique 20.

Ceci est un accouplement magnétique donné en exemple pour les caractéristiques suivantes :

- référence 19 : matériau magnétique samarium cobalt 210 kj/m3

- dimensions : . diamètre : 6 mm,

. épaisseur : 4 ou 5 mm. Les caractéristiques de couples d'entraînement pour l'exemple donne sont les suivantes :

- couple rotatif 0,35 Newton

- couple axial 0,6 Newton

- distance entre les deux pièces magnétiques 2,5 mm

Nous remarquons, sur les fig. 6 et 6a, représentant avec plus de détails l'accouplement magnétique, que l'utilisation d'éléments en terre rare nous permet d'éviter un court circuit magnétique n'engendrant qu'une très faible perte de couple rotatif, mais simplifiant, de manière très importante, la réalisation mécanique de la vis.

Tout accouplement ayant des caractéristiques différentes, peut être réalisé en augmentant le nombre de pièces magnétiques. Le rayon de montage de ces- pièces magnétiques est dimensionné de manière à obtenir un couple de rotation supérieur pour des pompes de dimensions supérieures.

- i l -

Les aimants en terre rare ont été utilisés de manière à réduire, pour un couple de transmission déterminé, les dimensions mécaniques et, par conséquent, réduire l'énergie nécessaire a l'entraînement de l 'ensemble.

La fig. 7 reprend toutes les références citées précédemment .

L'entraînement magnétique permet d'avoir une étanchéité intrinsèque, ainsi qu'une protection moteur en cas de blocage de la partie pompe.

Les différentes positions de la pompe ne modifient en aucun cas son fonctionnement.

Au cours du fonctionnement, le porteur majoritaire remonte les filets de la vis autour de son âme a contre-courant du porteur résultant.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l 'art aux pompes qui viennent d'être décrites uniquement a titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l 'invention. En illustration fig. 7 (échelle non respectée) une pompe d'un diamètre intérieur de chambre de pompage de 15 mm est équipée d'une vis conique d'une longueur hors tout de 68 mm (y compris l 'embase du support magnétique) . La conicite est sur une longueur de 58 mm définie par deux diamètres opposes variant 10 mm (côté embase support magnétique) à 5 mm.

La vitesse d'amorçage minimum, dans cet exemple.

est de 1 'odre de 6 000 tours/minute. Le débit est proportionnel à la vitesse de rotation de l'élément mobile.

Dans la même illustration, une vitesse de l'ordre de 12 000 tours/minute engendre un débit approximatif de 30 litres/heure.