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Mécanisme de pompage continu utilisable notamment dans les raffineries de sucre.
La présente invention concerne un mécanisme de pompage de construction simple, de fabrication facile et économique, et capable de fonctionner pour pomper un fluide et le débiter de façon continue.
Ce mécanisme de pompage sera décrit ci-après en regard des dessins annexés, à titre d'exemple illustratif mais non limitatif, les détails de construction qui seront indiqués étant susceptibles de nombreuses variantes sans s'écarter de l'invention.
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On commencera par rappeler ce qui, dans cette technique, a été fait antérieurement pour en souligner les inconvénients et pour montrer de quelle manière l'invention y obvie.
Le mécanisme de pompage dont il est question ici est particulièrement utilisable dans les opérations de raffinage du sucre. On sait que, dans ces opérations, on mélange intimement, au liquide sucré qui se trouve dans une cuve un agent décolorant tel qu'un charbon végétal fortement activé. Le mélange de liquide sucré et de charbon est généralement pompé vers un appareil de filtration comprenant plusieurs panneaux filtrants à mailles fines sur lesquels le charbon se dépose sous la forme d'un gâteau ou tourteau en absorbant les impuretés du liquide qui passe à travers lui. Il a été nécessaire par le passé d'utiliser soit un éjecteur pneumatique, soit une pompe centrifuge pour refouler le liquide et le charbon contenu en suspension dedans depuis la cuve d'alimentation jusqu'à l'appareil de filtration.
Or un éjecteur pneumatique fonctionne de manière discontinue en ce sens qu'après qu'il a débité une certaine quantité de liquide, son fonctionnement cesse pendant son remplissage et qu'il ne pompe plus de liquide tant qu'il n'a pas été rempli. Pendant l'opération de remplissage, il se produit une chute de pression dans la canalisation reliant la pompe à l'appareil de filtration, de sorte que le tourteau de charbon se détache des panneaux du filtre. Les inconvénients de cette méthode opératoire sont tellement évidents qu'il est inutile de les commenter.
Quant à l'emploi de pompes centrifuges, il présente
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d'autres inconvénients. En premier lieu, il est difficile d'utiliser des pompes de ce genre lorsqu'il s'agit de suspensions de charbon végétal pour cette simple raison qu'il se produit une forte corrosion des organes d'impul- sion de la pompe à cause de la grande vitesse des pièces métalliques qui se déplacent contre le liquide contenant le charbon en suspension. En second lieu, la violente agitation mécanique qu'engendrent les pompes centrifuges rompt les flocons de la suspension, ce qui provoque un état de dispersion ou de défloculation qui s'oppose à l'obtention d'un degré de filtration élevé.
Ces inconvénients sont éliminésgrâce au mécanisme de pompage perfectionné, objet de la présente invention, qui assure un débit uniforme et continu. D'autres avantages de ce mécanisme de pompage perfectionné découleront de la'suite de cette description.
Dans les dessins schématiques annexés :
La figure 1 est une vue en plan du dessus de l'en- semble du mécanisme de pompage à double cuve.
La figure 2 est une vue en élévation latérale avec coupe transversale partielle par la ligne 2 - 2 (Fig. 1).
La figure 3 est une vue analogue à la figure 2, la coupe étant faite par la ligne 3-3 (Fig, 1).
La figure 4 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle pratiquée sensiblement à travers la partie centrale d'une boîte de soupape faisant partie du mécanis- me, objet de l'invention.
La figure 5 est une vue en coupe verticale par la ligne 5 - 5 (Fig. 4).
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La figure 6 est une vue analogue à la figure 5 mais
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par la ligne 6'- 6 (Fig. 4).
La figure 7 est un schéma montrant de quelle façon ce mécanisme de pompage est raccordé à un système de canalisationsde pompage.
La figure 8 est un ensemble de graphiques mettant en évidence l'ordre chronologique convenable des opérations des diverses pièces du mécanisme de pompage.
Si l'on examine tout d'abord les figures 1 à 6, les lettres A et B désignent dans leur ensemble des cuves ou bacs cylindriques ayant n'importe quelle capacité désirée et pourvus de couvercles 10 et 11. Ces couvercles sont munis respectivement de capots 12 et 13 débouchant dans les cuves à travers eux, et destinés à envelopper les extrémités supérieures de tiges 14 et 15 garnies à leurs extrémités inférieures de flotteurs A' et Bt. Ces derniers ont pour fonction de monter ou descendre dans les cuves A et B selon la quantité de liquide qui s'y trouve. En vue de tirer parti de la plus grande capacité possible des cuves A et B, les couvercles 10 et 11 sont pourvue en outre, de dômes 16 et 17 dans lesquels s'engagent les flotteurs A' et B' lorsque ces derniers occupent leurs positions les plus élevées.
Les capots 12 et 13 sont pourvus de boîtes 18 et 19 renfermant des garnitures d'étanchéité 20 et 21. Dans la boîte à garniture 18 tourillonne un arbre 22 s'engageant dans le capot 12 et fixé dedans à l'extrémité supérieure de la tige porte-flotteur 14. De même, dans la boite à garniture 19 tourillonne un arbre 23 s'engageant dans le capot 13 et fixé à l'extrémité supérieure de la tige porte-flotteur 15. L'extrémité externe de l'arbre 22
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tourillonne dans un palier 24. L'extrémité externe de l'arbre 23 tourillonne dans un palier 25.
Sur l'arbre 22, entre la garniture d'étanchéité 20 et le palier 24 sont fixées des manivelles 26 et 27. De même, sur l'arbre 23, entre la garniture d'étanchéité 21 et le palier 25 sont fixées des manivelles 28 et 29. Les manivelles 26, 27, 28, 29 sont articulées respectivement à des bielles 30, 31, 32, 33 dont chacune est rabattue vers le haut à son extrémité externe pour supporter un collier coulissant 34, 35, 36 ou 37.
Des tuyaux 38 et 39 communiquent avec l'intérieur des cuves A et B en passant à travers les couvercles 10 et 11 non loin des dômes 16 et 17. Ces tuyaux 38 et 39 sont étudiés pour supporter des boisseaux ou enveloppes de soupapes 40 et 41 et en même temps pour communiquer avec un conduit 42 dont est muni chacun de ces boisseaux de soupapes. Etant donné que chacun de ces derniers ressemble à l'autre, un seul sera décrit en détail en se reportant plus particulièrement aux figs. 4, 5 et 6.
Le conduit 42 est en communication avec des conduits verticaux 43 et 44. Le, premier.', communique avec un orifice de sortie d'air ou évent 45. Le second,; communique avec un orifice d'entrée d'air 46. Des orifices horizontaux 47 traversent les conduits verticaux 43 et 44 ; chacun d'eux est destiné à servir de logement à une soupape en forme de tiroir. Il est prévu quatre de ces tiroirs désignés par 48, 49, 50,51. Le tiroir 48 est celui qui permet la sortie de l'air hors de la cuve A.. Le tiroir 49 est celui qui permet l'entrée de l'air dans cette cuve. Le tiroir 50 est celui qui permet à l'air d'entrer dans la cuve B.
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Enfin, le tiroir 51 est celui qui permet l'entrée de l'air dans la cuve B.
Chacun des tiroirs 48, 49,50, 51 est creusé d'une gorge annulaire 52 destinée à coïncider, quand les tiroirs sont convenablement commandés dans leurs boisseaux 40 et 41, avec les conduits verticaux 43 et 44 et par là même à établir ou faire cesser les communications entre l'atmosphère et l'intérieur de la cuve dont il s'agit ou avec la source d'air comprimé et l'intérieur de cette cuve particulière.
On décrira maintenant, pour faciliter l'intelligence de l'invention, le mode de raccordement de ce mécanisme de pompage avec le système de tuyaux qui le dessert.
Dans la fig. 7 est représenté un tuyau d'arrivée 53 qui communique avec une'source d'alimentation du liquide et qui aboutit à une tuyauterie 54 pourvue d'une vanne de retenue 55 desservant la cuve 4 et d'une vanne de retenue 56 desservant la cuve B. En aval de chacune de ces vannes, la tuyauterie 54 communique avec les cuves A et B. Celles-ci sont pourvues d'une tuyauterie de départ 57 comprenant des vannes de retenue 58 et 59 en aval desquelles cette tuyauterie communique avec un tuyau d'évacuation 60. Une source d'air comprimé constituée par exampleplar un compresseur 61 communique par le tuyau 62 avec une tuyauterie 63 qui forme deux branchements destinés à communiquer avec les conduits 46 de chacun des boisseaux 40 et 41 des tiroirs distributeurs. Le conduit 45 de chacun de ces boisseaux communique simplement avec l'atmosphère.
Chacun des tiroirs distributeurs 48,49, 50,51 est
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pourvu d'un orifice longitudinal central 64 destiné à recevoir une tige 65, 66, 67 ou 68 servant à la commande de son tiroir. C'est sur ces tiges que peuvent coulisser respectivement les colliers 34, 35, 36, 37.
Sur l'extrémité externe de chacune des tiges 65, 66, 67, 68 est fixé un collier 69 dont le raie est de commander des tiroirs 48, 49,50, 51 dans un sens. Sur la tige 65 sont fixés deux colliers 70, 71 entre lesquels se trouve le collier coulissant 34. Sur la tige 66 sont fixés deux colliers 72 et 73 entre lesquels se trouve le collier coulissant 36. De même,.sur la tige 67 sont fixés une paire de colliers 74, 75 entre lesquels se trouve le collier coulissant 35. Enfin, sur la tige 68 sont fixés deux colliers 76, 77 entre lesquels se trouve le collier coulissant 37.
Etant donné qu'il est nécessaire que le mécanisme de pompage décrit ici fonctionne continuellement et sans à-coups, il est désirable que les mouvements des tiroirs 48,49, 50, 51 s'opèrent de façon brusque comme sous l'action d'un déclic. A cet effet, chaque tiroir est pourvu d'une timonerie 78. Les quatre timoneries sont semblables; l'une d'elles seulement sera donc décrite ici. Sur les parois supérieures et inférieures des boisseaux 40 et 41 des tiroirs distributeurs et dans le voisinage de chaque tiroir sont fixés des ressorts plats 79 et 80 dont les extrémités internes sont rabattues comme figuré en 81 pour supporter les éléments 82 et 83 des timoneries. Les extrémités internes de ces éléments sont en prise avec un collier 84 creusé d'une gorge et fixé sur la tige de commande de tiroir
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correspondante.
Grâce à cette disposition, lorsque les tiges 65, 66,67, 68 de commande des tiroirs sont déplacées dans l'un ou l'autre sens, les éléments 82 et 83 des timoneries sont mus vers leurs positions verticales et le plus éger mouvement au delà de ces positions verticales ou points morts provoque l'actionnement des tiges 65,66, 67, 68 par les ressorts 79 et 80 par une sorte d'action de déclic dans le même sens. Ceci déclanche à son tour l'actionnement du tiroir correspondant.
Afin que l'évacuation du liquide hors des cuves A et B soit continue, il est nécessaire que les flotteurs A' et B' appartenant à ces cuves commandant les tiroirs 49 et 50 pour les fermer, l'ouverture de ces tiroirs devant être assurée par les cuves opposées. En d'autres termes, l'ouverture du tiroir 49 doit être assurée par le flotteur B' appartenant à la cuve B, tandis que l'ouverture du tiroir 50 doit être assurée par le flotteur A' appartenant à la cuve A. Pour que ceci s'accomplisse, des bras 85 et 86 sont fixés aux colliers 70 et 76; les extrémités externes de oes bras sont percées d'orifices plus grands que le diamètre des tiges 66 et 67, de façon qu'ils puissent coulisser librement le long de celles-ci.
Fonctionnement : Si l'on suppose que la cuve A presque remplie de liquide est en cours de vidange, le flotteur A' descend, et l'arbre 22 auquel est assujetti ce flotteur tourne, de telle sorte que la manivelle 26 pousse la bielle 30. Ce mouvement oblige le collier coulissant 34 à se déplacer sur la tige 65, de sorte qu'il vient heurter le bras 85 fixé au collier 70. Au fur et à mesure que le flotteur A' continue à descendre, la
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tige 65 commandant le tiroir de sortie d'air est poussée à travers le tiroir 48, et l'extrémité externe du bras 85 en coulissant sur la tige 66 de commande du tiroir vient heurter le collier fixe 72. Les deux colliers 70 et 72 sont donc déplacés de concert jusqu'à ce que les timoneries 78 des tiroirs 48 et 49 atteignent les positions correspondant à leurs points morts.
C'est à ce moment que se produit le déclanchement de ces timoneries, ce qui déplace les colliers 70 et 72 vers l'avant par une "action de déclic" et actionne les tiroirs 48 et 49 : ouvrant le premier et fermant le second. Comme l'air s'échappe de la cuve A par le tuyau 38, le conduit horizontal 42 et les conduits verticaux 43 et 45, la pression régnant dans chaque cuve tombe et une charge fraîche de liquide provenant de la source d'alimentation passe par le.tuyau 53 et la tuyauterie 54 et franchit la vanne de retenue 55 pour arriver dans la cuve A. A partir du moment où la charge fraîche pénètre dans la cuve A, le flotteur A' s'y élève. En s'élevant, il oblige la manivelle 26 à tirer vers l'arrière le collier coulissant 34 jusqu'à ce qu'il vienne heurter le collier fixe 71.
Ceci ramène vers l'arrière la tige 65 de commande du tiroir de sortie d'air jusqu'à ce que, quand la cuve est pleine, la timonerie 78 de ce tiroir particulier soit déclanchée à nouveau en sens inverse et ferme le tiroir d'échappement 48. Toutefois, lorsque le collier 70 se déplace vers l'arrière sous l'action du flotteur A' qui s'élève, le bras 85 recule à l'écart du collier fixe 72 et laisse ainsi le tiroir 49 d'entrée d'air de la cuve 4 dans sa position fermée. On voit donc que, si le bras 85 agit pour fermer le tiroir 49 d'entrée d'air, il n'ouvre
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pas ce tiroir.
L'ouverture du tiroir à air 49 par rapport à la cuve A, est assurée par l'action du flotteur B' de la cuve B.
Lorsque cette cuve effectue sa course de pompage et que le flotteur B' descend, la manivelle 28 montée sur l'arbre 23 que commande le flotteur B' exerce une traction sur la bielle 32, ce qui oblige le collier coulissant 36 à se déplacer le long de la tige 66 et tire le collier fixe 73.
Ceci déplace la tige 66 de commande de tiroir dans la direction de la cuve B. A un moment prédéterminé, ce mouvement amène la timonerie 78 du tiroir 49 à la position correspondant au point mort, après quoi il y a déclanchement qui provoque l'ouverture du tiroir 49. Etant donné que les deux cuves A et B sont construites exactement de la même façon et sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire de leurs systèmes de tiroirs respectifs exactement de la même manière, le cycle des opérations qui vient d'être décrit est exactement le même pour les tiroirs distributeurs 50 et 51 de la cuve B.
A titre de complément d'explications du fonctionnement du mécanisme de pompage selon l'invention, on se référera maintenant aux graphiques de la fig. 8.
Dans cette figure, le centre de l'arbre 22 du flotteur A' de la cuve A est désigné par 90, et l'arc décrit par le centre 91 de ce flotteur A' est également indiqué. Dans la partie droite de cette figure, le centre de l'arbre 23 qui porte le flotteur Bt de la cuve B est figuré en 92, et l'arc décrit par le centre 93 du flotteur B' est lui aussi indiqué. Le graphique formant la partie supérieure de la figure met en évidence le fonctionnement des
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tiroirs 50 et 51 de la cuve B. Le graphique formant la partie inférieure de la figure met de même en évidence le fonctionnement des tiroirs 49 et 48 de la cuve A.
Quant au graphique formant la partie centrale de cette figure et placé entre les arcs décrits par les centres 91 et 92 des flotteurs A' et B', il indique la hauteur du liquide dans l'une ou l'autre des cuves ou dans ces deux cuves, à n'importe quel moment, les unités de temps étant portées en abcisses, et les profondeurs du liquide en ordonnées. Le trait plein indique la profondeur du liquide dans la cuve A, et le trait interrompu la profondeur correspondante dans la cuve B.
En partant de la gauche de ce graphique, on remarquera que les deux cuves pompent jusqu'à ce que l'instant indiqué par les références 94 et 95 soit atteint. A ce moment, la cuve A a atteint l'extrémité de sa course de pompage et commence immédiatement à faire le plein par gravité. Ceci est indiqué par le coude brusque du graphique vers le haut immédiatement après que le point 94 est atteint. Juste audessus du point 94, à l'endroit du point 95, on remarquera que la cuve B continue à pomper à deux fois le débit auquel elle pompait jusque là, comme figuré par la pente plus accusée du graphique entre les points 95 et 96.
La tangente de l'angle que fait la ligne reliant les points 95 et 96 avec l'horizontale est exactement deux fois la tangente de l'angle que fait la ligne reliant le point 97 qui était le point de départ de la course de pompage de la cuve B et le point 95 qui était le point auquel la cuve $ a cessé de pomper. A noter que la cuve 4 atteint le sommet de sa course de pompage au point 98, et que le. débit de
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remplissage,est considérablement supérieur au débit de pompage qui est indiqué par la pente du graphique entre les points 94 et 98. Ce résultat peut être atteint aisément en donnant aux tuyaux d'admission un calibre plus fort qu'aux tuyaux de refoulement.
Quand le point 98 est atteint, on remarquera que la cuve B continue seule à pomper alors que la cuve A reste stationaire selon une certaine position de remplissage, comme indiqué par le graphique, entre les points 98 et 99.
En réglant la position des colliers fixes sur les tiges des tiroirs, il est possible dtajuster le fonctionnement du mécanisme de pompage, objet de l'invention, de telle sorte que l'une ou l'autre cuve ouvre le tiroir à air de l'autre et fasse débuter le pompage en un point quelconque désiré vers la fin de la course de celle des cuves qui approche du bout de sa propre course au moment considéré.
C'est ainsi que, quand la cuve B atteint le point 96, à sensiblement moins du quart de sa course à partir de la limite inférieure, le tiroir distributeur d'air de la cuve A s'ouvre, de sorte que cette même cuve A commence à pomper depuis le point 99 et continue jusqu'à ce que le point 100 soit atteint. A ce moment, la cuve B a atteint le point 101 qui correspond à la fin de sa course de pompage. A partir du point 99 jusqu'au point 100, la cuve A pompe a un débit égal à la moitié de son débit normal.
De faÇon corres pondance, à partir du point 96 jusqu'au point 101, la cuve B pompe à un débit égal à la moitié de son débit normal. Toutefois, au point 101, la cuve B a fini de pomper et commence à se remplir, de telle sorte qu'à partir du point 100 et en continuant la cuve 4 pompe
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a un débit égal au double de son débit normal.
Ces cycles se répètent, et on conçoit qu'étant donné qu'une cuve au moins est toujours soumise au pompage, les courses de pompage présentent un certain chevauchement et qu'il n'y a aucune interruption dans le débit du liquide.
L'importance de ce chevauchement des courses des pompes desservant les cuves A et B, mesurée en unités de temps, est représentée par la projection sur l'horizontale des points 99 et 100, ou 96 et 101.
Le graphique illustrant le fonctionnement des tiroirs distributeurs desservant la cuve B et le graphique illustrant le fonctionnement des tiroirs desservant la cuve A sont des projections faites à partir du graphique central. Dans le graphique du haut, on a représenté deux jeux de, trois lignes horizontales correspondant respectivement au fonctionnement des tiroirs de sortie et de rentrée d'air desservant la cuve B, la ligne médiane de chaque jeu de trois lignes correspondant au point mort de la timonerie commandant chaque tiroir particulier. Les lignes externes de chaque jeu montrent respectivement les positions ouverte et fermée du tiroir. Enfin, la distance entre les deux lignes externes correspond à la course totale de la timonerie du tiroir particulier.
La timonerie se déplace lentement de la moitié de sa distance totale, ce qui l'amène au point mort. Elle se meut ensuite à peu près instantanément pendant la moitié restante de son parcours. Ceci est représenté graphiquement sur la figure où, par exemplei au point 102, la timonerie du tiroir 51 de sortie d'air de la cuve B commence à être poussée lentement jusqu'à son point mort qui est figuré
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en 103. A ce moment, la timonerie se déclanche, et le tiroir 51 s'ouvre instantanément, comme le met en évidence la courte ligne verticale qui relie le point 103 au point 104. Le laps de temps pendant lequel le tiroir 51 reste ouvert est indiqué par la ligne horizontale qui va du point 104 au point 105.
La timonerie commence ensuite à être actionnée dans la direction opposée, comme le met en évidence la ligne inclinée qui va du point 105 au point 106. Lorsque le point 106 est atteint,la timonerie franchit brusquement le point mort, et le tiroir 51 se ferme.
Ceci est indiqué par la courte ligne verticale qui va du point 106 au point 107. Le même cycle d'opérations exactement se déroule pour le reste des tiroirs. Il est donc inutile de le décrire en détail ici.
Si maintenant on examine les deux diagrammes latéraux montrant les arcs de parcours des flotteurs A' et B', on remarquera que la position angulaire des lignes 90--91 ou 92--93 est déterminée par projection à partir des points 94,98, 99,100, etc. De façon analogue, à partir de n'importe quelle position angulaire donnée des tiges portant les flotteurs A' et B', les profondeurs correspondantes du liquide dans la cuve particulière envisagée peuvent être déterminées en faisant une projection dans la direction opposée. C'est ainsi, par exemple, que si l'on désire déterminer la position angulaire du flotteur A' de la cuve A à l'instant où il commence à déplacer la timonerie pour ouvrir le tiroir 50 de la cuve B, il y a lieu de remarquer que cette action débute au point 108.
Le niveau correspondant du centre du flotteur A' est obtenu en faisant une projection verticale de haut en bas à
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partir du point 108 jusqu'à ce que la ligne verticale ainsi tracée intersectionne la ligne brisée représentant la cuve A au point 109. En faisant une projection horizontale vers la gauche à partir du point 109, on intersectionne l'arc, qui indique le lieu géométrique du centre du flotteur A' de la cuve A, au point 110. Tel est par conséquent le point où se trouve le centre du flotteur A' de la cuve A quand il commence à actionner la timonerie du tiroir distributeur d'air de la cuve B.
De même, en projetant vers le bas à partir du point 111, la ligne brisée représentant la cuve A est intersectionnée au point 112, et en faisant la projection à partir de celui-ci horizontalement, on obtient le point 113 situé sur l'arc qui indique le lieu géométrique du centre du flotteur A'. En traçant les rayons entre les points 110 et 113 et le centre 90, on obtient un angle qui représente le déplacement angulaire de la tige portant le flotteur A' pendant la totalité de l'opération d'ouverture du tiroir 50 de*la cuve B. En utilisant ces divers calculs, on peut déterminer facilement et rapidement les dimensions des manivelles et des bielles, ainsi que les points où il y a lieu de placer les colliers fixes sur les tiges de commande des tiroirs.
On remarquera d'après la description de la construction et du fonctionnement du mécanisme de pompage qui vient d'être donnée combien ce mécanisme est simple comme structure, facile et peu coûteux à fabriquer et à monter, et de quelle façon il est capable d'assurer un débit de liquide uniforme et continu. Les techniciens comprendront d'eux-mêmes les autres avantages de ce mécanisme. '
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Continuous pumping mechanism which can be used in particular in sugar refineries.
The present invention relates to a pumping mechanism of simple construction, easy to manufacture and economical, and capable of operating to pump a fluid and deliver it continuously.
This pumping mechanism will be described below with reference to the accompanying drawings, by way of illustrative but not limiting example, the construction details which will be indicated being susceptible of numerous variations without departing from the invention.
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We will begin by recalling what, in this technique, has been done previously to underline the drawbacks and to show how the invention obviates them.
The pumping mechanism in question here is particularly useful in sugar refining operations. It is known that, in these operations, a bleaching agent such as strongly activated charcoal is intimately mixed with the sweet liquid which is in a tank. The mixture of sugary liquid and charcoal is usually pumped to a filtration apparatus comprising several fine-mesh filter panels on which the charcoal settles in the form of a cake or cake, absorbing impurities from the liquid passing through it. It has been necessary in the past to use either a pneumatic ejector or a centrifugal pump to deliver the liquid and the carbon contained in suspension therein from the feed tank to the filter apparatus.
However, a pneumatic ejector operates discontinuously in the sense that after it has delivered a certain quantity of liquid, its operation ceases during its filling and that it does not pump any more liquid until it has been filled. . During the filling operation, there is a pressure drop in the pipe connecting the pump to the filter apparatus, so that the carbon cake comes off the filter panels. The disadvantages of this method of operation are so obvious that it is unnecessary to comment on them.
As for the use of centrifugal pumps, it presents
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other drawbacks. In the first place, it is difficult to use pumps of this kind when it comes to suspensions of vegetable charcoal for the simple reason that there is a strong corrosion of the impellers of the pump due to of the high speed of the metal parts which move against the liquid containing the suspended coal. In the second place, the violent mechanical agitation which the centrifugal pumps generate breaks the flakes of the suspension, which causes a state of dispersion or deflocculation which opposes obtaining a high degree of filtration.
These drawbacks are eliminated by virtue of the improved pumping mechanism, object of the present invention, which ensures a uniform and continuous flow. Further advantages of this improved pumping mechanism will follow from this description.
In the accompanying schematic drawings:
Figure 1 is a top plan view of the assembly of the double vessel pumping mechanism.
Figure 2 is a side elevational view partially in cross section taken on line 2 - 2 (Fig. 1).
Figure 3 is a view similar to Figure 2, the section being taken by line 3-3 (Fig, 1).
Figure 4 is an enlarged cross-sectional view taken substantially through the central part of a valve box forming part of the mechanism, object of the invention.
Figure 5 is a vertical sectional view taken on line 5 - 5 (Fig. 4).
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Figure 6 is a view similar to Figure 5 but
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by line 6'- 6 (Fig. 4).
Fig. 7 is a diagram showing how this pumping mechanism is connected to a pumping piping system.
Figure 8 is a set of graphs showing the proper chronological order of the operations of the various parts of the pumping mechanism.
If we first look at Figures 1 to 6, the letters A and B as a whole denote cylindrical tanks or tubs having any desired capacity and provided with lids 10 and 11. These lids are respectively provided with covers 12 and 13 opening into the tanks through them, and intended to wrap the upper ends of rods 14 and 15 fitted at their lower ends with floats A 'and Bt. The latter have the function of moving up or down in the tanks A and B depending on the amount of liquid therein. In order to take advantage of the greatest possible capacity of the tanks A and B, the lids 10 and 11 are further provided with domes 16 and 17 in which the floats A 'and B' engage when the latter occupy their positions. the highest.
The covers 12 and 13 are provided with boxes 18 and 19 enclosing the seals 20 and 21. In the stuffing box 18 a shaft 22 is journalled which engages with the cover 12 and is fixed therein to the upper end of the rod. float holder 14. Likewise, in the stuffing box 19 a shaft 23 engages in the cover 13 and fixed to the upper end of the float holder rod 15. The outer end of the shaft 22
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journals in a bearing 24. The outer end of the shaft 23 journals in a bearing 25.
On the shaft 22, between the seal 20 and the bearing 24 are fixed cranks 26 and 27. Similarly, on the shaft 23, between the seal 21 and the bearing 25 are fixed cranks 28 and 29. The cranks 26, 27, 28, 29 are articulated respectively to connecting rods 30, 31, 32, 33 each of which is folded upwards at its outer end to support a sliding collar 34, 35, 36 or 37.
Pipes 38 and 39 communicate with the interior of tanks A and B by passing through covers 10 and 11 not far from domes 16 and 17. These pipes 38 and 39 are designed to support bushels or valve casings 40 and 41 and at the same time to communicate with a conduit 42 with which each of these valve plugs is provided. Since each of these resembles the other, only one will be described in detail with particular reference to FIGS. 4, 5 and 6.
The duct 42 is in communication with the vertical ducts 43 and 44. The, first. ', Communicates with an air outlet or vent 45. The second ,; communicates with an air inlet orifice 46. Horizontal orifices 47 pass through the vertical ducts 43 and 44; each of them is intended to serve as a housing for a valve in the form of a spool. Four of these drawers designated by 48, 49, 50,51 are provided. The drawer 48 is the one which allows the air to exit from the tank A. The drawer 49 is the one which allows the air to enter this tank. The drawer 50 is the one which allows the air to enter the tank B.
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Finally, the drawer 51 is the one which allows the entry of air into the tank B.
Each of the drawers 48, 49, 50, 51 is hollowed out with an annular groove 52 intended to coincide, when the drawers are suitably controlled in their bushels 40 and 41, with the vertical ducts 43 and 44 and thereby to establish or make cease communications between the atmosphere and the interior of the vessel in question or with the source of compressed air and the interior of this particular vessel.
To facilitate understanding of the invention, the mode of connection of this pumping mechanism with the pipe system which serves it will now be described.
In fig. 7 is shown an inlet pipe 53 which communicates with a supply source for the liquid and which terminates in a pipe 54 provided with a check valve 55 serving the tank 4 and a check valve 56 serving the tank. B. Downstream of each of these valves, the pipe 54 communicates with the tanks A and B. These are provided with an outlet pipe 57 comprising check valves 58 and 59, downstream of which this pipe communicates with a pipe evacuation 60. A source of compressed air constituted by exampleplar a compressor 61 communicates through the pipe 62 with a pipe 63 which forms two connections intended to communicate with the conduits 46 of each of the valves 40 and 41 of the dispenser spools. The conduit 45 of each of these bushels simply communicates with the atmosphere.
Each of the dispenser drawers 48,49, 50,51 is
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provided with a central longitudinal orifice 64 intended to receive a rod 65, 66, 67 or 68 serving to control its drawer. It is on these rods that the collars 34, 35, 36, 37 can slide respectively.
On the outer end of each of the rods 65, 66, 67, 68 is fixed a collar 69 whose line is to control drawers 48, 49, 50, 51 in one direction. On the rod 65 are fixed two collars 70, 71 between which is the sliding collar 34. On the rod 66 are fixed two collars 72 and 73 between which is the sliding collar 36. Likewise, .on the rod 67 are fixed. a pair of collars 74, 75 between which is the sliding collar 35. Finally, on the rod 68 are fixed two collars 76, 77 between which is the sliding collar 37.
Since it is necessary for the pumping mechanism described here to operate continuously and smoothly, it is desirable that the movements of the spools 48,49, 50, 51 take place abruptly as under the action of a click. For this purpose, each drawer is provided with a wheelhouse 78. The four wheelhouses are similar; only one of them will therefore be described here. On the upper and lower walls of the plugs 40 and 41 of the dispenser spools and in the vicinity of each drawer are fixed flat springs 79 and 80, the internal ends of which are folded down as shown at 81 to support the elements 82 and 83 of the linkages. The internal ends of these elements are engaged with a collar 84 hollowed out of a groove and fixed on the spool control rod
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corresponding.
By virtue of this arrangement, when the rods 65, 66,67, 68 for controlling the drawers are moved in either direction, the elements 82 and 83 of the linkages are moved to their vertical positions and the slightest movement. beyond these vertical positions or dead points causes the actuation of the rods 65, 66, 67, 68 by the springs 79 and 80 by a sort of clicking action in the same direction. This in turn triggers the actuation of the corresponding spool.
So that the evacuation of the liquid from the tanks A and B is continuous, it is necessary that the floats A 'and B' belonging to these tanks controlling the drawers 49 and 50 to close them, the opening of these drawers to be ensured by the opposing tanks. In other words, the opening of the drawer 49 must be ensured by the float B 'belonging to the tank B, while the opening of the drawer 50 must be ensured by the float A' belonging to the tank A. So that this is accomplished, arms 85 and 86 are attached to collars 70 and 76; the outer ends of oes arms are pierced with orifices larger than the diameter of the rods 66 and 67, so that they can slide freely along them.
Operation: If it is assumed that the tank A almost filled with liquid is being emptied, the float A 'goes down, and the shaft 22 to which this float is attached turns, so that the crank 26 pushes the connecting rod 30 This movement forces the sliding collar 34 to move on the rod 65, so that it strikes the arm 85 fixed to the collar 70. As the float A 'continues to descend, the
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rod 65 controlling the air outlet spool is pushed through spool 48, and the outer end of arm 85 by sliding on spool control spindle 66 hits the fixed collar 72. The two collars 70 and 72 are therefore moved together until the wheelhouses 78 of the drawers 48 and 49 reach the positions corresponding to their dead points.
It is at this moment that the triggering of these linkages occurs, which moves the collars 70 and 72 forward by a "click action" and actuates the drawers 48 and 49: opening the first and closing the second. As air escapes from tank A through pipe 38, horizontal duct 42, and vertical ducts 43 and 45, the pressure in each tank drops and a fresh charge of liquid from the power source passes through. the.pipe 53 and the piping 54 and passes the check valve 55 to arrive in the tank A. From the moment when the fresh load enters the tank A, the float A 'rises there. As it rises, it forces the crank 26 to pull the sliding collar 34 rearward until it hits the fixed collar 71.
This pulls back the air outlet drawer control rod 65 until, when the bowl is full, the linkage 78 of that particular drawer is released again in the reverse direction and closes the drawer. exhaust 48. However, when the collar 70 moves rearward under the action of the float A 'which rises, the arm 85 moves back away from the fixed collar 72 and thus leaves the inlet drawer 49 d air from tank 4 in its closed position. It can therefore be seen that, if the arm 85 acts to close the air inlet drawer 49, it does not open
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not this drawer.
The opening of the air drawer 49 with respect to the tank A is ensured by the action of the float B 'of the tank B.
When this tank performs its pumping stroke and the float B 'goes down, the crank 28 mounted on the shaft 23 controlled by the float B' exerts a traction on the connecting rod 32, which forces the sliding collar 36 to move the along the rod 66 and pull the fixed collar 73.
This moves the spool control rod 66 in the direction of the tank B. At a predetermined time, this movement brings the linkage 78 of the spool 49 to the position corresponding to neutral, after which there is a release which causes opening. drawer 49. Since the two tanks A and B are constructed in exactly the same way and are connected to each other through their respective drawer systems in exactly the same way, the cycle of operations which has just been described is exactly the same for the dispenser drawers 50 and 51 of tank B.
By way of further explanations of the operation of the pumping mechanism according to the invention, reference will now be made to the graphs of FIG. 8.
In this figure, the center of the shaft 22 of the float A 'of the tank A is designated by 90, and the arc described by the center 91 of this float A' is also indicated. In the right part of this figure, the center of the shaft 23 which carries the float Bt of the tank B is shown at 92, and the arc described by the center 93 of the float B 'is also indicated. The graphic at the top of the figure shows how the
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drawers 50 and 51 of tank B. The graphic forming the lower part of the figure likewise highlights the operation of drawers 49 and 48 of tank A.
As for the graph forming the central part of this figure and placed between the arcs described by the centers 91 and 92 of the floats A 'and B', it indicates the height of the liquid in one or the other of the tanks or in these two tanks, at any time, the time units being plotted on the abscissa, and the depths of the liquid on the ordinate. The solid line indicates the depth of the liquid in tank A, and the dotted line the corresponding depth in tank B.
Starting from the left of this graph, it will be noted that the two tanks pump until the time indicated by the references 94 and 95 is reached. At this time, the tank A has reached the end of its pumping stroke and immediately begins to refuel by gravity. This is indicated by the sharp bend in the graph upward immediately after point 94 is reached. Just above point 94, at the location of point 95, we will notice that tank B continues to pump at twice the rate at which it was pumping until then, as shown by the steeper slope of the graph between points 95 and 96.
The tangent of the angle made by the line connecting points 95 and 96 with the horizontal is exactly twice the tangent of the angle made by the line connecting point 97 which was the starting point of the pumping stroke of tank B and point 95 which was the point at which tank $ stopped pumping. Note that the tank 4 reaches the top of its pumping stroke at point 98, and that the. flow of
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filling, is considerably greater than the pumping rate which is indicated by the slope of the graph between points 94 and 98. This result can be easily achieved by giving the inlet pipes a larger gauge than the discharge pipes.
When point 98 is reached, it will be noted that tank B alone continues to pump while tank A remains stationary according to a certain filling position, as indicated by the graph, between points 98 and 99.
By adjusting the position of the fixed collars on the rods of the drawers, it is possible to adjust the operation of the pumping mechanism, object of the invention, so that one or the other tank opens the air drawer of the other and start pumping at any desired point towards the end of the stroke of that of the tanks which approaches the end of its own stroke at the time considered.
Thus, when tank B reaches point 96, at substantially less than a quarter of its stroke from the lower limit, the air distributor drawer of tank A opens, so that this same tank A starts pumping from point 99 and continues until point 100 is reached. At this moment, the tank B has reached point 101 which corresponds to the end of its pumping stroke. From point 99 to point 100, the pump tank A has a flow rate equal to half of its normal flow rate.
Correspondingly, from point 96 to point 101, tank B pumps at a rate equal to half of its normal rate. However, at point 101, tank B has finished pumping and begins to fill, so that from point 100 and continuing tank 4 pumps
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has a flow rate equal to twice its normal flow rate.
These cycles are repeated, and it will be understood that since at least one tank is always subjected to pumping, the pumping strokes have a certain overlap and that there is no interruption in the flow of the liquid.
The magnitude of this overlap in the strokes of the pumps serving tanks A and B, measured in units of time, is represented by the projection onto the horizontal of points 99 and 100, or 96 and 101.
The graph illustrating the operation of the dispenser drawers serving tank B and the graph illustrating the operation of the drawers serving tank A are projections made from the central graph. In the top graphic, two sets of three horizontal lines have been shown corresponding respectively to the operation of the air outlet and re-entry drawers serving tank B, the middle line of each set of three lines corresponding to the dead center of the wheelhouse controlling each individual drawer. The outer lines of each set show the open and closed positions of the drawer, respectively. Finally, the distance between the two outer lines corresponds to the total stroke of the linkage of the particular drawer.
The wheelhouse slowly moves half its total distance, bringing it to neutral. It then moves pretty much instantly for the remaining half of its run. This is shown graphically in the figure where, for example at point 102, the linkage of the drawer 51 of the air outlet of the tank B begins to be pushed slowly to its neutral point which is shown
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in 103. At this moment, the wheelhouse is released, and the drawer 51 opens instantaneously, as evidenced by the short vertical line which connects the point 103 to the point 104. The period of time during which the drawer 51 remains open is indicated by the horizontal line from point 104 to point 105.
The wheelhouse then begins to be operated in the opposite direction, as evidenced by the inclined line from point 105 to point 106. When point 106 is reached, the wheelhouse abruptly passes neutral, and spool 51 closes .
This is indicated by the short vertical line that goes from point 106 to point 107. The exact same cycle of operations takes place for the rest of the drawers. It is therefore unnecessary to describe it in detail here.
If we now examine the two side diagrams showing the arcs of travel of floats A 'and B', we will notice that the angular position of lines 90--91 or 92--93 is determined by projection from points 94,98, 99,100, etc. Likewise, from any given angular position of the rods carrying the floats A 'and B', the corresponding depths of the liquid in the particular vessel contemplated can be determined by projecting in the opposite direction. It is thus, for example, that if one wishes to determine the angular position of the float A 'of the tank A at the instant when it starts to move the linkage to open the drawer 50 of the tank B, there is note that this action begins at point 108.
The corresponding level of the center of the float A 'is obtained by making a vertical projection from top to bottom at
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from point 108 until the vertical line thus drawn intersects the broken line representing tank A at point 109. Projection horizontally to the left from point 109 intersects the arc, which indicates the place geometric of the center of float A 'of tank A, at point 110. This is therefore the point where the center of float A' of tank A is located when it starts to operate the linkage of the air distributor drawer of the tank A. tank B.
Likewise, by projecting down from point 111, the broken line representing tank A is intersected at point 112, and by projecting from it horizontally, we obtain point 113 located on the arc which indicates the geometrical locus of the center of the float A '. By tracing the radii between points 110 and 113 and the center 90, an angle is obtained which represents the angular displacement of the rod carrying the float A 'during the entire operation of opening the drawer 50 of * the tank B By using these various calculations, one can easily and quickly determine the dimensions of the cranks and connecting rods, as well as the points where to place the fixed collars on the control rods of the drawers.
It will be seen from the description of the construction and operation of the pumping mechanism which has just been given how simple this mechanism is in structure, easy and inexpensive to manufacture and assemble, and how it is capable of being used. ensure a uniform and continuous flow of liquid. Technicians will understand for themselves the other advantages of this mechanism. '