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Dispositif de régularisation du débit des pompes alternatives @
Les pompes alternatives ont l'inconvénient, par rapport aux pompes rotatives et centrifuges, d'avoir un débit irrégulier comportant un temps d'arrêt à chaque fin de course du piston pendant le temps nécessaire au change- ment de sens du déplacement dudit piston.
Cette irrégularité ou discontinuité dans le débit des pompes alternatives présente des inconvénients pour certaines applications, en particulier dans. l'alimenta- tion en eau froide des réchauffeurs d'eau pour chaudières, dans les pompes à combustible liquide alimentant des brûleurs, dans les installations d'ascenseurs hydrauliques etc...
L'invention a pour but de remédier, au moins en par- tie, à cette irrégularité et consiste essentiellement à disposer sur la conduite de refoulement de la pompe une capacité comportant un flotteur ou un piston, et dans laquelle une partie plus ou moins grande du liquide refoulé par la pompe peut être emmagasinée pendant la
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course de refoulement en déplaçant dans un sens ledit flot- teur ou piston, tout ou partie de ce liquide étant ensuite restitué à la conduite de refoulement pendant le temps d'arrêt de la pompe lors de chaque changement de sens, en utilisant le mouvement inverse dudit flotteur ou pis- ton, celui-ci étant actionné à ce moment par une force ex- térieure, des dispositions étant prises pour qu'une quanti- té notable de liquide soit accumulée progressivement dans la capacité,
cette quantité étant de préférence très sen- sible aux variations du débit de la pompe, et pour que ce liquide soit restitué à la conduite de refoulement à chaque changement de sens de la pompe, d'une façon assez progressive pour que le débit du liquide soit sensiblement continu et uniforme pour chaque vitesse de la pompe.
La force extérieure précitée agissant sur le flotteur ou piston peut être créée soit pendant et par l'intro- duction du liquide dans la capacité/ce qui a pour résultat de soulever le piston qui agit ensuite par son propre poids, ou de comprimer un fluide, ressort, paroi élastique, etc.., grâce à la création d'une surpression ou perte de charge dans la conduite de refoulement, soit seulement au moment de la fin de course du piston de la pompe, ce qui ne nécessite pas la création d'une surpression dans la conduite de refoulement, et peut être obtenu par une arrivée de fluide moteur quelconque (vapeur d'échap- pement, vapeur vive, air comprimé, etc...) ou par une commande mécanique.
Le dessin annexé montre à titre d'exemple deux modes de réalisation de l'invention, ainsi.que l'application de l'un de ceux-ci à l'alimentation en eau froide d'un réchauf feur d'eau.
La figure 1 est une coupe verticale d'un premier mode de réalisation de l'invention.
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la gigure 2 est une coupe analogue montrant une va- riante.
La figure 3 est un schéma d'une installation de réchauf feur d'eau d'alimentation incorporant,le dispositif de la figure 2.
Suivant le mode de réalisation représenté à la figure 1, l'appareil est constitué par une cloche à air perfec- tionnée comprenant une cloche 1 à la partie inférieure de laquelle débouche la conduite de refoulement 2 tenant de la pompe à mouvement alternatif. Dans cette cloche est monté un flotteur ou piston 3 dont la partie inférieure peut masquer ou découvrir, suivant sa position, un certain nombre d'orifices 4 pratiqués dans la paroi de la cloche'1. Ces orifices débouchent d'autre part dans une chambre 5 reliée à la conduite 6 par laquelle le liquide se rend au lieu d'utilisation.
L'appareil peut comporter éventuellement un clapet de rentrée d'air 7 qui s'ouvre lorsque la pression d'air dans la cloche 1 tombe au- dessous de la pression atmosphérique, mais se ferme lorsque la pression de l'air est supérieure à la pression ' , atmosphérique.
Le fonctionnement est le suivant: sous l'effetde la ' pression de refoulement du liquide dans la conduite 2, le flotteur se soulève d'une hauteur variable suivant le débit du liquide refoulé: De ce fait, il démasque un certain nombre d'ouvertures 4, nombre qui correspond au débit de liquide. La quantité de liquide accumulé dans la cloche 1 est donc directement fonction du débit du liquide refoulé. Au moment où le piston de la pompe star- rête à fin de course, le débit de liquide refoulé diminue ou s'annule et l'air qui a été comprimé at-dessus du flotteur 1 lors du soulèvement de ce dernier agit sur le flotteur qui redescend en restituant à la conduite' de
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refoulement tout ou partie de la quantité d'eau ac- cumulée au moment où la pompe débitait.
Bien entendu, les orifices 4 peuvent être d'une forme et d'une section quelconques, le nombre, la forme et la répartition de ces ouvertures étant déterminées pour que les variations de la quantité d'eau accumulée dans la cloche 1 à chaque coup de piston, et par conséquent aussi les variations de la pression'de l'air dans la cloche, soient aussi sensibles que possible aux Variations du débit de la pompe.
Ce dispositif fonctionne efficacement, même auxplus faibles vitesses de la pompe, puisque son fonctionnement ne dépend pas de la perte de charge, souvent insignifian- te à faible vitesse, dans la conduite de refoulement allant à 1''appareil d'utilisation.
La présence du piston réduit en outre au minimum la section de contact entre l'air et le liquide et par con- séquent empêche la dissolution de l'air dans le liquide.
Le deuxième mode de réalisation, représenté à la figure 2, comprend une capacité 8 reliée à la partie in- férieure à la conduite de refoulement 9 de la pompe, la- quelle comprend un¯branchement 10 se rendant à l'appareil @ d'utilisation. Dans la capacité B est monté un piston Il d'un poids convenable pouvant correspondre à La heureur de refoulement. La partie supérieure de la capacité 8 présen- te un orifice 12 en communication avec une source de fluide sous pression. La paroi latérale de la capacité 8 présente en outre un certain nombre d'orifices 13 débou- chant dans une chambre 14 reliée à une conduite 15 pour l'évacuation du fluide introduit en 12.
De préférence, un diaphragme 16, dont la section est choisie d'après le volume de la capacité, est disposé à la partie inférieure de la capacité 8.
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L'arrivée du fluide pénétrant en 12 est commandée par .le déplacement du piston de la pompe, l'orifice 12 étant à l'échappement (par exemple à l'air libre) pendant la course de refoulement du piston et étant en communication avec la source de fluide devant agir comme fluide moteur au moment de l'arrêt du piston à fin de course.
Le fonctionnement est le suivant : lorsquele-piston refoule le liquide dans la conduite 9, une fraction du débit du liquide pénètre dans la capacité 8 en soulevant le piston 11, l'intérieur de la capacité 8 étant à ce moment à l'échappement. Une certaine quantité de liquide s'emmagasine donc dans la capacité 8, sous le piston 11.
Aux environs du moment où le piston de la pompe s'arrête à fin de course, le piston 11 masque tout ou partie des orifices 13. A ce moment'; du fluide sous pression est in- troduit en 12 et repousse le piston 11 vers le bas pour restituer le liquide dans la conduite de refoulement 10.
Ce mouvement du piston 11 démasque les orifices 13 par lesquels le fluide détendu s'échappe par la conduite 15? La pression exercée par le fluide pénétrant en 12 sur le piston 11 dépend donc du,nombre d'orifices 13 qui se trou-; vent démasqués. Bien entendu la loi du mouvement'de des- cente du piston 11, c'est -à-dire de l'écoulement du liquide emmagasiné dans la capacité 8, peut être détermi- née de toute façon désirée en choisissant convenablement le nombre, la forme et la répartition des orifices 13.
La section du diaphragme est calculée de façon que le remplissage de la capacité pendant la course de refou- lement de la pompe s'effectue progressivement. Ce dia- phragme pourrait d'ailleurs être remplacé par un disposi- tif d'orifices, multiples analogue à celui représenté à la figure 1.
La figure 3 représente schématiquement l'application
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de l'invention à l'alimentation en eau froide d'un réchauf- feur d'eau d'alimentation de chaudières. La canalisation de refoulement 9 est reliée au clapet de refoulement de la pompe 17 actionnée par un cylindre à vapeur 18. L'orifi- ce 12 est relié par une conduite 19 à l'échappement du cylindre à vapeur 18, tandis que. la conduite 15 et le tuyau 10 pénètrent tous deux dans le réchauffeur d'eau 20, la conduite 10 servant à amener l'eau froide à réchauffer, et la conduite 15 la vapeur d'échappement de la pompe qui constitue une- partie de la vapeur de chauffage. On voit que, dans cet exemple, la vapeur d'échappement de la pompe pénètre dans la capacité 8 sensiblement au moment de l'arrêt du piston de la pompe, arrêt qui correspond au changement du sens de marche.
On remarque, en outre, que le piston 11 se trouve équilibré, puisque ses faces supérieure et inférieure sont toutes deux à la-pression régnant dans le réchauffeur 20 grâce aux conduites 15 et 10.
Cette disposition présente l'avantage d'assurer la continuité du débit d'eau froide alimentant le réchauffeur.
De plus, comme la vapeur d'échappement arrivant dans la capacité 8 ne peut s'en échapper qu'après avoir agi sur le piston 11 et avoir traversé les orifices 13, le débit de vapeur pénétrant dans le réchauffeur 20 se trouve également régularisé et l'appareil se prouvera. soustrait aux coups d'échappement brutal de la pompe.
Dans le cas particulier d'un réchauffeur par mélange prélevant de la vapeur sur la tuyauterie d'échappement conduisant au dispositif qui produit le tirage, ce qui est le cas notamment sur les locomotives, l'emploi d'une pompe d'alimentation à mouvement alternatif a pour incon- vénient de donner au tirage une allure pulsatoire. Or, -dans le réchauffeur, il se produit une dépression due à
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la condensation pendant la course de refoulement du piston et une surpression pendant le temps d'arrêt à fin de course Cette surpression se trouve encore accentuée par le coup d'échappement brutal de la pompe qui se produit au même moment. La disposition ci-dessus décrite'permet de remédier à cet inconvénient.
Bien entendu, les dispositions ci-dessus décrites n'ont été données qu'à titre d'exemple. C'est ainsi qu'on pourrait faire agir sur le piston ou flotteur, non pas la pression d'un fluide, mais celle d'un ressorte On pour-' rait aussi introduire par l'orifice 12 (figure 2) de l'air comprimé dont l'écoulement serait commandé par la pompe, soit mécaniquement, soit par un relais actionné par la vapeur d'admission ou d'échappement de la pompe, soit encore par la pression régnant dans la conduite de refou- lement de la pompe. Le piston ou le flotteur pourrait aussi être/commandé mécaniquement, pendant sa course de descente, par la pompe elle-même.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Device for regulating the flow of reciprocating pumps @
Reciprocating pumps have the drawback, compared to rotary and centrifugal pumps, of having an irregular flow rate comprising a stopping time at each end of stroke of the piston for the time necessary for the change of direction of movement of said piston.
This irregularity or discontinuity in the flow of reciprocating pumps presents drawbacks for certain applications, in particular in. the supply of cold water to water heaters for boilers, in liquid fuel pumps supplying burners, in hydraulic lift installations, etc.
The object of the invention is to remedy, at least in part, this irregularity and essentially consists in placing on the delivery pipe of the pump a capacity comprising a float or a piston, and in which a more or less large part liquid delivered by the pump can be stored during the
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delivery stroke by moving said float or piston in one direction, all or part of this liquid then being returned to the delivery pipe during the stopping time of the pump during each change of direction, using the reverse movement of said float or piston, the latter being actuated at this moment by an external force, arrangements being made so that a significant quantity of liquid is gradually accumulated in the capacity,
this quantity being preferably very sensitive to variations in the flow rate of the pump, and so that this liquid is returned to the delivery pipe at each change of direction of the pump, in a sufficiently progressive manner so that the flow rate of the liquid is substantially continuous and uniform for each speed of the pump.
The aforementioned external force acting on the float or piston can be created either during and by the introduction of liquid into the capacity / which results in lifting the piston which then acts by its own weight, or by compressing a fluid. , spring, elastic wall, etc., thanks to the creation of an overpressure or pressure drop in the delivery pipe, that is only at the moment of the end of stroke of the pump piston, which does not require the creation an overpressure in the delivery pipe, and can be obtained by an inlet of any working fluid (exhaust steam, live steam, compressed air, etc.) or by a mechanical control.
The accompanying drawing shows by way of example two embodiments of the invention, as well as the application of one of these to the cold water supply of a water heater.
Figure 1 is a vertical section of a first embodiment of the invention.
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Figure 2 is a similar section showing a variant.
Figure 3 is a diagram of a feed water heater installation incorporating the device of Figure 2.
According to the embodiment shown in FIG. 1, the apparatus consists of an improved air bell comprising a bell 1 at the lower part of which the delivery pipe 2 emerges from the reciprocating pump. In this bell is mounted a float or piston 3 whose lower part can hide or discover, depending on its position, a number of orifices 4 made in the wall of the bell'1. These orifices also open out into a chamber 5 connected to line 6 via which the liquid goes to the place of use.
The apparatus may optionally include an air re-entry valve 7 which opens when the air pressure in the bell 1 falls below atmospheric pressure, but closes when the air pressure is greater than the pressure, atmospheric.
The operation is as follows: under the effect of the liquid delivery pressure in line 2, the float rises by a variable height depending on the flow rate of the liquid discharged: As a result, it unmasks a certain number of openings 4, number which corresponds to the flow of liquid. The quantity of liquid accumulated in the bell 1 is therefore a direct function of the flow rate of the discharged liquid. When the pump piston stops at the end of its stroke, the pumped liquid flow rate decreases or is canceled and the air which has been compressed above float 1 when the latter is raised acts on the float. which goes down by restoring to the conduct 'of
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discharge all or part of the quantity of water accumulated when the pump was delivering.
Of course, the orifices 4 can be of any shape and section, the number, shape and distribution of these openings being determined so that the variations in the amount of water accumulated in the bell 1 at each stroke of the piston, and therefore also the variations of the air pressure in the bell, are as sensitive as possible to the variations of the pump output.
This device operates efficiently even at the lowest pump speeds, since its operation is independent of the pressure drop, often insignificant at low speed, in the discharge line to the user apparatus.
The presence of the piston furthermore minimizes the contact area between the air and the liquid and therefore prevents the dissolution of air in the liquid.
The second embodiment, shown in FIG. 2, comprises a capacitor 8 connected to the lower part of the delivery pipe 9 of the pump, which comprises a connection 10 going to the apparatus @ d '. use. In the capacity B is mounted a piston II of a suitable weight which can correspond to the delivery time. The upper part of the capacity 8 has an orifice 12 in communication with a source of pressurized fluid. The side wall of the capacity 8 furthermore has a certain number of orifices 13 opening into a chamber 14 connected to a pipe 15 for the discharge of the fluid introduced at 12.
Preferably, a diaphragm 16, the section of which is chosen according to the volume of the capacity, is arranged in the lower part of the capacity 8.
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The arrival of the fluid entering 12 is controlled by the movement of the pump piston, the orifice 12 being at the exhaust (for example in the open air) during the delivery stroke of the piston and being in communication with the source of fluid having to act as motive fluid when the piston stops at the end of stroke.
The operation is as follows: when the piston delivers the liquid in the pipe 9, a fraction of the flow of the liquid enters the capacity 8 by lifting the piston 11, the inside of the capacity 8 being at this time at the exhaust. A certain quantity of liquid is therefore stored in the capacity 8, under the piston 11.
Around the moment when the pump piston stops at the end of its stroke, the piston 11 masks all or part of the orifices 13. At this moment '; pressurized fluid is introduced at 12 and pushes the piston 11 down to return the liquid to the delivery line 10.
This movement of the piston 11 unmasks the orifices 13 through which the expanded fluid escapes through the pipe 15? The pressure exerted by the fluid entering at 12 on the piston 11 therefore depends on the number of orifices 13 which are located; wind unmasked. Of course the law of the downward movement of the piston 11, that is to say of the flow of the liquid stored in the capacity 8, can be determined in any way desired by suitably choosing the number, the shape and distribution of orifices 13.
The cross section of the diaphragm is calculated so that the filling of the capacity during the discharge stroke of the pump takes place gradually. This diaphragm could moreover be replaced by a device of multiple orifices similar to that shown in FIG. 1.
Figure 3 shows schematically the application
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of the invention to the supply of cold water to a boiler feed water heater. The discharge line 9 is connected to the discharge valve of the pump 17 actuated by a steam cylinder 18. The orifice 12 is connected by a line 19 to the outlet of the steam cylinder 18, while. line 15 and pipe 10 both enter water heater 20, line 10 serving to bring cold water to be heated, and line 15 the exhaust steam from the pump which forms part of the heating steam. It can be seen that, in this example, the exhaust steam from the pump enters the capacity 8 substantially at the moment when the pump piston stops, which stop corresponds to the change in the direction of operation.
Note, in addition, that the piston 11 is balanced, since its upper and lower faces are both at the pressure prevailing in the heater 20 through the pipes 15 and 10.
This arrangement has the advantage of ensuring the continuity of the flow of cold water supplying the heater.
In addition, as the exhaust vapor arriving in the capacity 8 can only escape after acting on the piston 11 and having passed through the orifices 13, the flow of vapor entering the heater 20 is also regulated and the device will prove itself. shielded from the brutal exhaust of the pump.
In the specific case of a mixture heater taking steam from the exhaust pipe leading to the device which produces the draft, which is the case in particular on locomotives, the use of a movement feed pump alternative has the disadvantage of giving the draft a pulsating appearance. However, -in the heater, a depression occurs due to
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condensation during the delivery stroke of the piston and an overpressure during the stopping time at the end of the stroke. This overpressure is further accentuated by the sudden pump exhaust which occurs at the same time. The arrangement described above makes it possible to remedy this drawback.
Of course, the arrangements described above have been given only by way of example. This is how we could make the piston or float act, not the pressure of a fluid, but that of a spring. We could also introduce through orifice 12 (figure 2) of the compressed air the flow of which would be controlled by the pump, either mechanically or by a relay actuated by the inlet or outlet steam of the pump, or again by the pressure prevailing in the delivery pipe of the pump . The piston or the float could also be / controlled mechanically, during its descent stroke, by the pump itself.
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