Procédé et appareil de pompage. La présente invention, qui est due à 11'I. Pierre Audemar, est relative à un procédé de pompage destiné, notamment, à être utilisé dans le cas de puits de grande profondeur.
Ce procédé a pour but de permettre d'élever du liquide d'une profondeur ou à une hauteur aussi grandes qu'on le désire, sans nécessiter l'interposition d'aucun organe mobile entre les deux niveaux considérés.
Dans ce procédé on utilise une colonne. de liquide, interposée entre le niveau du liquide à pomper et le niveau auquel on dé sire élever ce liquide, et il est caractérisé, sui vant l'invention, par le fait que, cette colonne étant retenue à son extrémité inférieure par un dispositif capable de céder sous l'effet d'une impulsion vers le bas, donnée à la colonne de liquide et de restituer ensuite à la colonne l'énergie communiquée par cette impulsion, de manière à permettre l'oscilla tion de la colonne, on imprime à cette colonne des impulsions à une fréquence égale à la fréquence propre de l'ensemble oscillant comprenant la colonne de liquide de manière à produire, à chaque oscillation,
à la partie inférieure de la colonne, une rentrée de liquide commandée par un organe obturateur et, à la partie supérieure de celle-ci, une sortie d'une quantité équivalente de liquide.
L'invention comprend également un appa reil de pompage pour la mise en oeuvre de ce procédé et comprenant un conduit destiné à contenir la colonne de liquide, un dispositif pour retenir cette colonne de liquide à son extrémité inférieure et agencé de façon à cé der sous l'effet d'une impulsion vers le bas donnée à la colonne de liquide et à restituer ensuite à cette colonne l'énergie communi- quée par cette impulsion de manière à per mettre à cette colonne d'osciller dans ce con duit,
un organe obturateur pour l'admission du liquide dans la partie inférieure du con duit et un dispositif pour communiquer à la colonne de liquide contenue dans le conduit des impulsions entretenant les. oscillations de cette colonne et fournissant l'énergie néces- saire pour élever ce liquide à pomper au ni veau supérieur.
Le dessin représente, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution d'un appareil de pompage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 montre la première forme d'exé cution.
La fig. 2 est une vue, à plus grande échelle, montrant la partie inférieure de cet appareil.
La fig. 3 est une vue, à une échelle encore plus grande, représentant une variante de la partie supérieure de cet appareil.
La fig. 4 est une vue analogue à la fig. 1, représentant la seconde forme d'exécution. Les fig. 5 et 6 montrent chacune une va riante de la partie inférieure de la seconde forme d'exécution.
La fig. 7 montre une troisième forme d'exécution de l'appareil.
La fig. 8 montre une quatrième forme d'exécution.
La fig. 9 montre une cinquième forme d'exécution.
La fig. 10 montre un diagramme expli catif du fonctionnement de la forme d'exé cution de la fig. 9.
L'appareil représenté à la fig.1 comporte, â, sa partie supérieure, une chambre 1 dans laquelle se déplace un piston 2 actionné à la main par un levier 4 par l'intermédiaire dune tige 3.
Un conduit vertical 6 de même axe que la chambre 1 prolonge celle-ci vers le bas et comporte, à son extrémité inférieure, une partie élargie 7 dans laquelle coulisse un pis ton 8 muni d'une soupape 10. Le piston 8 est soutenu par un ressort 9 reposant sur un rebord de la partie élargie 7. La soupape 10 pourrait aussi être remplacée par un clapet.
La chambre 1 est séparée en deux par une cloison 5 présentant une ouverture dans laquelle s'engage le piston 2.
Voici comment on fait fonctionner cet appareil: Au moyen du piston 2 on commu nique à la colonne de liquide contenue dans le conduit 6 des impulsions de fréquence égale à la fréquence propre de l'ensemble oscillant comprenant cette colonne. La co lonne de liquide oscille en résonance. Lors qu'elle descend vers le bas, cette colonne force le piston 8 à descendre en comprimant le res sort 9, et la. détente de ce ressort 9 fait en suite remonter la colonne de liquide jusqu'au moment où le ressort est venu dans sa posi tion détendue représentée en pointillés. A ce moment, la colonne de liquide possède encore une certaine vitesse vers le haut et son iner tie permet l'introduction de liquide par la soupape 10 qui se soulève.
Une quantité équi valente de liquide sera évacuée de la chambre 1 par un ajutage disposé à l'extrémité supé rieure de cette chambre du fait que l'extré mité inférieure du piston 3 passe au-dessus de la cloison 5.
Du fait que la colonne de liquide oscille en résonance, les impulsions à donner par l'intermédiaire du levier 4 correspondent uniquement au travail nécessaire pour élever cette quantité de liquide du niveau inférieur au niveau supérieur, ces impulsions devant toutefois fournir également l'énergie néces saire pour compenser les pertes qui se pro duisent à l'intérieur de l'appareil et, notam ment, les pertes de charge du liquide dans le conduit.
Il est bien entendu que les impulsions appliquées, au levier 4 devront être en syn chronisme avec les oscillations de la colonne de liquide. Cette condition ne présente aucune difficulté pratique. En effet, l'opérateur ap puie sur ce levier de manière à produire la course de descente de la colonne.
Lorsqu'il cesse d'agir sur le levier, la détente du res sort 9 produit la course de remontée du liquide et l'opérateur n'a qu'à laisser le levier revenir de lui-même. Lorsqu'à la fin de ce mouvement, le ressort qui est parvenu à la position détendue 9a, au delà de la position d'équilibre qu'il occupe quand le liquide est au repos, se contracte à.
nouveau, ceci amorce la course suivante vers le bas de la colonne de liquide et cette action est transmise au levier 4, car, à cet instant., le piston 2 n'a dé passé la cloison 5 que d'une très faible quan- Lité, pour laisser passer le liquide, de sorte que, dès que l'inversion de mouvement se pro duit, le levier 4 est sollicité, d'une part, par la succion du liquide, et, d'autre part, par le poids du piston 2 et du levier 4. L'opérateur sent donc que le levier tend à repartir en sens inverse pour la course suivante, et il n'y a plus qu'à appuyer en accompagnant le mou vement.
La partie élargie 7 du conduit 6 est fixée rigidement à la pàrtie adjacente de ce con duit d'une manière étanche. Cette partie élar gie 7 porte, à son extrémité inférieure, une cage perforée 12 qui permet au liquide d'en trer dans le piston 8, mais interdit le pas sage des particules solides. Le piston 8 porte, à sa partie supérieure, des butées 11 qui limi tent la course de la soupape 10, laquelle est guidée par des ailettes à l'intérieur du pis ton 8.
De plus, le piston 8 porte, à sa partie; inférieure, un écrou 8a formant butée et em pêchant le ressort 9 de décoller du rebord de la partie 7 lorsqu'il est complètement dé tendu.
Dans la variante à laquelle se rapporte la fig. 3, la cloison 5 est constituée par un cuir embouti et le piston 2 est guidé dans la chambre 1 par des nervures la. Du fait qu'aucun organe mécanique mobile n'est in terposé entre le fond et la surface, on peut placer la partie supérieure de l'appareil dans n'importe quelle position par rapport au puits d'où l'on désire extraire le liquide. Le conduit 6 pourrait être coudé de manière à venir se raccorder à la chambre 1.
Dans l'appareil représenté à la fig. 4, le conduit 6 est vertical dans sa partie infé rieure jusqu'à sa sortie du puits. L'extrémité inférieure de ce conduit débouche à la partie inférieure d'une cloche 13 dont la partie su périeure contient un matelas d'air sous pres sion 14 jouant le rôle du ressort 9 de l'appa reil de la fig. 2. A l'extrémité inférieure de la cloche 13 est disposée une cage 12 servant de crépine et dans laquelle coulisse directe ment la soupape 10 qui ferme, dans sa posi tion basse, ladite cloche 13 et permet, dans sa position haute, la rentrée du liquide dans ladite cloche.
Dans la variante de cet appareil auquel se rapporte la fig. 5, un piston 17 est interposé entre le matelas d'air 14 contenu dans la cloche 13 et le liquide. Ce piston 17 peut coulisser dans la cloche, qui est cylindrique, et sa course vers le bas est limitée par des butées 18.
Dans l'autre variante de cet appareil, à laquelle se rapporte la fig. 6, le matelas d'air contenu dans la cloche 13 et formant ressort est enfermé dans un sac souple 20 monté à l'intérieur de cette cloche.
L'appareil représenté à la fig. 4 est des tiné à élever l'eau plus haut que le sol. Le conduit 6 est vertical jusqu'à sa sortie du puits; il est coudé ensuite horizontalement et ensuite de nouveau verticalement, le dernier tronçon vertical amenant le liquide à l'endroit où il sera évacué du conduit, qui n'est pas dans la verticale de la cloche.
A l'endroit du deuxième coude, le conduit 6 s'élargit pour former une chambre 1, dans laquelle se dé place un piston 2 qui, actionné par la tige 3 et le levier 4, communique à la colonne de liquide contenue dans le conduit 6 les impul sions entretenant les oscillations de cette co lonne. Un ressort 15, légèrement comprimé à la fin de la course de retour du piston 2, amorce le mouvement de celui-ci dans le sens correspondant à un mouvement vers le bas de la colonne de liquide.
On voit que, dans cet appareil, le dispositif communiquant des impulsions à la colonne de liquide est situé en un point intermédiaire du conduit 6. Cet appareil fonctionne à la main comme celui de la fig. 1.
La période d'oscillation de la colonne de liquide dépendant évidemment de la longueur de cette colonne, cela peut conduire, dans certains cas, à la nécessité de mouvements à une cadence qui est difficilement acceptable, surtout lorsque l'appareil est actionné à la main. Dans ce cas, on pourra disposer une masse additionnelle oscillant avec la colonne de liquide et obtenir ainsi pour la période propre de l'ensemble oscillant comprenant la colonne de liquide une valeur acceptable.
Cette masse additionnelle pourrait être mon tée par exemple sur le piston 8 dans le cas de l'appareil de la fig. 1, ou aussi sur le piston 2.
La forme d'exécution de l'appareil repré senté à la fig. 7 présente, à la partie infé rieure du conduit 6, une disposition iden tique à celle de l'appareil des fig. 1 et 2. La conduite 6 débouche, à son extrémité supé rieure, dans une chambre 1 dans laquelle se déplace un piston 2 sur lequel agit un res sort 15 amorçant le mouvement du piston dans le sens correspondant à un déplacement de la colonne de liquide vers le bas.
Un moteur électrique 30 entraîne, au moyen d'une courroie et d'une poulie, une roue dentée 31 en prise avec une crémaillère 21 solidaire de la tige du piston 2. Dans le circuit 29 de ce moteur 30 est intercalé un contacteur 27-28 servant à fermer ou ou vrir ce circuit. Le contact 27 est fixe, tandis que le contact 28 est porté par un levier 26 pivotant autour d'un point 26a. Ce levier 26 est attaqué en deux points 26b et<B>26e</B> par les tiges des deux petits pistons 24 et 25 cou lissant dans des cylindres reliés par les con duits 22 et 23 au conduit 6 contenant la co lonne de liquide. Le conduit 22 débouche dans ce conduit par une branche dirigée vers le haut, tandis que le conduit 23 débouche dans le même conduit 6, mais par une bran che dirigée vers le bas.
Cet appareil fonctionne de la manière suivante: Lorsque la colonne de liquide qui oscille dans le tuyau 6 se déplace vers le haut, elle exerce sur la petite quantité de liquide con tenue dans le conduit 23 une certaine pres sion qui soulève le piston 25. Le levier 26 pivote vers le haut en éloignant le contact 28 du contact 27. Le circuit 29, du moteur 30, est donc ouvert.
Au contraire, dès que la colonne de liquide commence à refluer vers le bas, ce mouvement étant aidé par le ressort 15, c'est sur le liquide contenu dans le con duit 22 qu'elle exerce une certaine pression qui pousse le petit piston 24 vers le haut et détermine le pivotement. du levier 26 vers le bas en appliquant alors le contact 28 contre le contact 27. Le circuit 29 du moteur est alors fermé et ce moteur démarre immédiate ment et pousse le piston 2 vers la gauche par l'intermédiaire de la transmission ci-dessus décrite (roue dentée 31 et crémaillère 21). Le liquide est repoussé vers le bas dans la co lonne 6, en comprimant le ressort 9.
A un moment. donné, la force antagoniste de ce ressort 9 atteint une valeur qui dépasse la force d'entraînement du moteur augmentée de l'inertie des masses en mouvement. Le liquide dans le tuyau 6 commence alors à refluer vers le haut et soulève le piston 25, provoquant ainsi l'ouverture du circuit du moteur 30 qui s'arrête immédiatement. Le piston 2 est repoussé vers la droite en ban dant le ressort 15 et le cycle recommence.
La disposition de l'appareil représenté à la fig. 8 est analogue à. celle de la fig. <B>7</B>, sauf que le piston 2, sur lequel n'agit pas de ressort, est actionné par un électro-aimant commandé, comme dans le cas précédent, par un contacteur<B>27-28</B> actionné par un levier 26 soumis à, l'action des pistons 24 et 25.
Le fonctionnement est analogue à celui qui vient d'être décrit. La fermeture du con tact 27-28 excite l'électro-aimant, dont l'ar mature 32 est alors tirée vers le bas et agit directement sur le piston \?, tandis que la re montée de la colonne de liquide provoque ;a coupure du contact 27-28,. désexcite l'élec- tro-aimant et permet au piston 2 de remon ter sous l'effet de la poussée du liquide.
Dans la disposition qui est représentée par la fig. 8, le liquide sortant de la chambre 1, dans laquelle se déplace le piston 2, passe dans un réservoir 34, contenant à sa partie supérieure, en 35, un coussin d'air comprimé, et agissant comme une sorte d'accumulateur, de manière que le liquide qui s'élève par le tuyau 36 s'écoule d'une manière uniforme. <B>Il</B> y a lieu de remarquer que le liquide dans le tuyau 36 ne fait pas partie de la colonne de liquide oscillante.
Dans cet appareil, l'im pulsion vers le bas est aidée par une masse 11 portée par l'armature 32 et qui oscille donc avec la colonne. Cette masse Il est com posée d'éléments amovibles afin que l'on puisse modifier la période propre de l'en semble oscillant comportant la colonne de liquide.
L'appareil représenté à la fig. 9 présente, à la partie inférieure du conduit 6, une dis position identique à celle des fig. 1 et 2. Ce conduit 6 s'élargit en un point intermédiaire pour former une chambre 1 dans laquelle coulisse un piston 3 actionné par un moteur à fluide (gaz ou vapeur) sous pression, com prenant un piston 40 relié rigidement au pis ton 3 et coulissant dans un cylindre 41 sus ceptible d'être mis en communication alter nativement avec une arrivée de fluide sous pression 42 et un échappement 43 par le tiroir 44.
L'admission 42 communique avec le cylindre 41 par le conduit 53 qui, lorsque le piston 40 a subi un certain déplacement, se trouve obturé par un piston auxiliaire 54 solidaire de la tige du piston 40. Cette obtu ration de l'arrivée du fluide permet la dé tente du fluide se trouvant contre la face droite du piston 40.
Le tiroir 44 est actionné par les oscilla tions de la colonne de liquide dans le conduit 6 de la manière suivante: La partie inférieure du conduit 6 dé bouche dans une partie 45 de la chambre 1 reliée au reste de cette chambre par un étran glement 46 dans lequel peut se déplacer un piston obturateur 47 soumis à l'action des deux ressorts 48 et 55 agissant en sens in- verse et qui tendent à le maintenir à la partie médiane de l'étranglement 46.
Ce piston ob turateur 47 est porté par une tige 49 reliée à un levier 50 articulé en 51 à un bras pivo tant en 51a, une biellette 52 étant interposée entre un point du levier 50 et le tiroir 44.
Lorsque la colonne de liquide, après avoir reçu une impulsion vers le bas, commence à remonter dans le conduit 6 sous l'action du ressort 9, le piston obturateur 47 est chassé vers l'intérieur de la chambre 1. Il tire donc sur le levier 50 en le déplaçant vers la droite et, par l'intermédiaire de la tringle 52, il amène le tiroir 44 dans sa position de droite. Cette position est celle pour laquelle le cylin dre 41 est relié à.l'échappement 43. Le pis ton 3 peut donc se déplacer librement vers 'la droite jusqu'à la position où il permet au liquide de passer dans le tronçon de conduit venant après la chambre 1.
La colonne de liquide a pu monter au début à l'intérieur du conduit 6 avant le 'dé placement du tiroir, car le fluide moteur em magasiné à droite du piston 40 est un fluide compressible et en fin de période de détente.
Au contraire, lorsque la colonne de liquide reflue vers le bas, son action ramène le piston obturateur 47 de l'autre côté de l'étrangle ment 46, et ce piston obturateur par l'inter médiaire de la tringle 52 ramène le tiroir 44 dans la position de gauche.
Cet appareil fonctionne comme suit: Partons de la position indiquée sur la, figure. Le fluide sous pression arrivant par 42 et 53,pousse le piston 40 vers la gauche. Le piston 3 provoque l'enfoncement de la colonne de liquide et la compression du res sort 9. Après une certaine course du piston 40, la tige 54 obture l'arrivée de fluide 53, le fluide emprisonné derrière le piston 40 se détend et continue à pousser le piston 3 agis sant sur la colonne de liquide.
En fin de détente, l'effet du ressort 9 devient prépon dérant, le mouvement de la colonne de liquide change de sens, les pistons 3 et 40 reviennent en arrière, le tiroir 44, grâce au piston obtu rateur 47, se met à l'échappement. Les pis tons 3 et 40 vont à fond de course à droite; par son inertie, la colonne de liquide con- tinue à monter, le piston 3 ayant dégagé la communication avec la partie supérieure du conduit 6. La soupape 14 s'est levée pour permettre l'introduction de liquide dans le conduit.
Quand la colonne a fini son mouvement ascentionnel, par son poids, elle comprime le ressort 9 et repart en sens inverse, le piston obturateur se déplace et remet le tiroir 44 à l'admission et ainsi de suite.
La fig. 10 illustre ce fonctionnement pen dant un cycle complet dont la durée est de <I>y</I> secondes. Les courbes <I>a,</I> b et c représentent respectivement les déplacements en fonction du temps des pistons 3 et 8, du piston obtu rateur 47 et de la soupape 10.
On va maintenant donner, pour figer les idées, les indications numériques relatives à la forme d'exécution des fig. 1 et 2.
Supposons que l'on utilise un conduit d'une longueur totale choisie entre 60 et 30 ni.
La période d'oscillation de l'ensemble comportant la colonne de liquide dépend de la longueur du conduit et du dispositif de retenue élastique.
Toutefois, il importe de remarquer qu'il y a deux périodes d'oscillations à considérer: a) La période propre de l'ensemble oscil lant lorsque l'appareil ne débite pas de liquide, qu'on appellera par la suite période à vide, et b) la période pendant le pompage et qu'on appellera période de fonctionnement, cette dernière étant plus forte que la période à vide, car il s'ajoute à cette dernière le temps d'écoulement du liquide pompé.
Pour un conduit de 60 m, la fréquence des impulsions correspondant à l'état de réso nance est entre 75 et 85 coups de piston à la minute; pour une longueur de tuyauterie de 30 m, elle va de 100 à 120 coups de pis ton à la minute.
En ce qui concerne les dimensions de l'ap pareil de pompage, le diamètre du piston in férieur 8 est de 75 mm, la course maximum de ce piston est de 87 mm, le ressort a un diamètre d'enroulement de 58 mm, il est constitué par du fil d'un diamètre de 12 mm. et il comprend 15 spires. Sa longueur, lorsque les spires sont jointives, -est de<B>180</B> mm et, à l'état détendu, de 267 mm.
Le diamètre du conduit 6 est de 40 mm. Dans ces conditions, pour une longueur du conduit de 60 m, la fréquence des impul sions correspondant à la résonance est de 79 coups à la minute: elle correspond pour les données considérées ci-dessus et une élé vation de 50 m à un débit de 875 litres à l'heure avec une course de 30,6 cm du levier de la pompe, la vitesse maximum de l'eau dans le conduit étant de 1 m 80 par seconde.
Avec le même appareil, mais pour une longueur du conduit de 30 m seulement et une élévation de 25 m, la cadence des impul sions correspondant à la. résonance est de 100 coups à la minute donnant un débit de 1460 litres â l'heure, qui correspond à une course du levier de la pompe de 20,3 cm, la vitesse maximum de l'eau dans le conduit étant de 1 m 90 par seconde.
Les chiffres indiqués ci-dessus sont des chiffres théoriques donnés par le calcul. Si l'on tient compte des pertes de charge dans le conduit, on peut s'attendre pour les don nées ci-dessus: pour une longueur du conduit de 60 m, à un rendement de 54 %, pour une longueur du conduit de 30 m, à un rendement de 62 %.
Le rendement augmente lorsque le débit diminue.
Si l'on veut se servir maintenant du même appareil pour fonctionner entre 30 et 15 m de longueur de conduit, en gardant la même gamme de fréquence, il suffit de changer le ressort en en substituant un dont les carac téristiques sont les mêmes sauf le diamètre du fil qui devient égal à 10 mm.
Il est intéressant de signaler que pour une profondeur de pompage de 50 m et une longueur de conduit de 60 m, afin d'entre tenir les oscillations de la colonne d'eau en résonance mais sans débiter de liquide, il suf fit d'assurer une surpression de 266 g par cm=, pour une course de 20 cm du levier de la pompe avec les données indiquées précé demment, cette surpression permettant de vaincre les pertes de charge de liquide dans le conduit. Dans ces conditions, la vitesse maximum du liquide dans le conduit .est de 91 cm par seconde.
Enfin, en ce qui concerne les pressions, on trouve que, dans le bas de la colonne d'eau, si le conduit a une longueur de 60 m et avec une élévation de 50 m, la pression maximum est égale à 17,5 hg par em2. On peut donc se servir pratiquement des tubes étirés sans soudure de 40/49 du commerce qui sont éprouvés à au moins 20 kg par cm'.
Pour une longueur de conduit de 30 m, et une élévation de 25 m, la pression au bas de la colonne de liquide n'est que de 12 kg par cm2.
Method and apparatus for pumping. The present invention, which is due to 11'I. Pierre Audemar, relates to a pumping process intended, in particular, to be used in the case of very deep wells.
The purpose of this method is to allow the liquid to be raised to a depth or to a height as great as desired, without requiring the interposition of any movable member between the two levels considered.
In this process, a column is used. of liquid, interposed between the level of the liquid to be pumped and the level to which it is desired to raise this liquid, and it is characterized, according to the invention, in that, this column being retained at its lower end by a device capable of to yield under the effect of a downward impulse given to the liquid column and then to restore to the column the energy communicated by this impulse, so as to allow the oscillation of the column, one prints at this column pulses at a frequency equal to the natural frequency of the oscillating assembly comprising the column of liquid so as to produce, at each oscillation,
at the lower part of the column, an inlet of liquid controlled by a shutter member and, at the upper part of the latter, an outlet of an equivalent quantity of liquid.
The invention also comprises a pumping apparatus for the implementation of this method and comprising a conduit intended to contain the liquid column, a device for retaining this liquid column at its lower end and arranged so as to yield under the effect of a downward impulse given to the column of liquid and then to restore to this column the energy communicated by this impulse so as to allow this column to oscillate in this pipe,
a shutter member for the admission of liquid into the lower part of the duct and a device for communicating to the column of liquid contained in the duct pulses maintaining them. oscillations of this column and supplying the energy necessary to raise this liquid to be pumped to the upper level.
The drawing represents, by way of examples, some embodiments of a pumping apparatus for implementing the method according to the invention.
Fig. 1 shows the first form of execution.
Fig. 2 is a view, on a larger scale, showing the lower part of this device.
Fig. 3 is a view, on an even larger scale, showing a variant of the upper part of this device.
Fig. 4 is a view similar to FIG. 1, representing the second embodiment. Figs. 5 and 6 each show a variant of the lower part of the second embodiment.
Fig. 7 shows a third embodiment of the apparatus.
Fig. 8 shows a fourth embodiment.
Fig. 9 shows a fifth embodiment.
Fig. 10 shows an explanatory diagram of the operation of the embodiment of FIG. 9.
The apparatus shown in fig.1 comprises, â, its upper part, a chamber 1 in which moves a piston 2 actuated by hand by a lever 4 via a rod 3.
A vertical duct 6 of the same axis as the chamber 1 extends the latter downwards and comprises, at its lower end, a widened part 7 in which slides a udder 8 provided with a valve 10. The piston 8 is supported by a spring 9 resting on a flange of the enlarged part 7. The valve 10 could also be replaced by a valve.
The chamber 1 is separated in two by a partition 5 having an opening in which the piston 2 engages.
This is how this device is operated: By means of the piston 2, pulses of a frequency equal to the natural frequency of the oscillating assembly comprising this column are communicated to the column of liquid contained in the conduit 6. The column of liquid oscillates in resonance. When it goes down, this column forces the piston 8 to descend by compressing the res out 9, and the. relaxation of this spring 9 then causes the column of liquid to rise until the spring has come into its relaxed position shown in dotted lines. At this moment, the liquid column still has a certain speed upwards and its inertia allows the introduction of liquid through the valve 10 which lifts.
An equivalent quantity of liquid will be evacuated from the chamber 1 by a nozzle arranged at the upper end of this chamber because the lower end of the piston 3 passes above the partition 5.
Due to the fact that the column of liquid oscillates in resonance, the impulses to be given by means of the lever 4 correspond only to the work necessary to raise this quantity of liquid from the lower level to the upper level, these impulses having, however, also to supply the necessary energy. necessary to compensate for the losses which occur inside the appliance and, in particular, the pressure drops of the liquid in the duct.
It is understood that the pulses applied to the lever 4 must be in sync with the oscillations of the liquid column. This condition does not present any practical difficulty. Indeed, the operator presses on this lever so as to produce the descent stroke of the column.
When it ceases to act on the lever, the trigger of the res out 9 produces the upward stroke of the liquid and the operator only has to let the lever return by itself. When at the end of this movement, the spring which has reached the relaxed position 9a, beyond the equilibrium position which it occupies when the liquid is at rest, contracts to.
again, this initiates the next downward stroke of the liquid column and this action is transmitted to lever 4, because at this time, piston 2 has only passed bulkhead 5 by a very small amount. Bed, to let the liquid pass, so that, as soon as the reversal of movement occurs, the lever 4 is requested, on the one hand, by the suction of the liquid, and, on the other hand, by the weight piston 2 and lever 4. The operator therefore feels that the lever tends to move back in the opposite direction for the next stroke, and all that remains is to press while accompanying the movement.
The widened part 7 of the duct 6 is rigidly fixed to the adjacent part of this duct in a sealed manner. This widened part 7 carries, at its lower end, a perforated cage 12 which allows the liquid to enter the piston 8, but prevents the wise passage of solid particles. The piston 8 carries, at its upper part, stops 11 which limit the stroke of the valve 10, which is guided by fins inside the udder 8.
In addition, the piston 8 carries, at its part; lower, a nut 8a forming a stopper and preventing the spring 9 from taking off from the flange of part 7 when it is completely relaxed.
In the variant to which FIG. 3, the partition 5 is formed by a stamped leather and the piston 2 is guided in the chamber 1 by ribs 1a. Due to the fact that no movable mechanical member is interposed between the bottom and the surface, the upper part of the apparatus can be placed in any position relative to the well from which it is desired to extract the liquid. . The duct 6 could be bent so as to connect to the chamber 1.
In the apparatus shown in FIG. 4, the conduit 6 is vertical in its lower part until it leaves the well. The lower end of this duct opens into the lower part of a bell 13, the upper part of which contains a pressurized air mattress 14 acting as the spring 9 of the apparatus of FIG. 2. At the lower end of the bell 13 is disposed a cage 12 serving as a strainer and in which directly slides the valve 10 which closes, in its low position, said bell 13 and allows, in its upper position, the reentry. liquid in said bell.
In the variant of this device to which FIG. 5, a piston 17 is interposed between the air mattress 14 contained in the bell 13 and the liquid. This piston 17 can slide in the bell, which is cylindrical, and its downward stroke is limited by stops 18.
In the other variant of this device, to which FIG. 6, the air mattress contained in the bell 13 and forming a spring is enclosed in a flexible bag 20 mounted inside this bell.
The apparatus shown in FIG. 4 is designed to raise water higher than the ground. The conduit 6 is vertical until it leaves the well; it is then bent horizontally and then again vertically, the last vertical section bringing the liquid to the place where it will be discharged from the duct, which is not in the vertical of the bell.
At the location of the second bend, the duct 6 widens to form a chamber 1, in which moves a piston 2 which, actuated by the rod 3 and the lever 4, communicates with the column of liquid contained in the duct 6 the pulses sustaining the oscillations of this column. A spring 15, slightly compressed at the end of the return stroke of the piston 2, initiates the movement of the latter in the direction corresponding to a downward movement of the column of liquid.
It can be seen that, in this device, the device communicating pulses to the liquid column is located at an intermediate point of the duct 6. This device operates by hand like that of FIG. 1.
The period of oscillation of the liquid column obviously depending on the length of this column, this can lead, in certain cases, to the need for movements at a rate which is difficult to accept, especially when the apparatus is operated by hand. . In this case, it is possible to have an additional mass oscillating with the liquid column and thus obtain an acceptable value for the natural period of the oscillating assembly comprising the liquid column.
This additional mass could be mounted for example on the piston 8 in the case of the apparatus of FIG. 1, or also on piston 2.
The embodiment of the apparatus shown in FIG. 7 has, at the lower part of the duct 6, an arrangement identical to that of the apparatus of FIGS. 1 and 2. The pipe 6 opens, at its upper end, into a chamber 1 in which moves a piston 2 on which acts a res exits 15 initiating the movement of the piston in the direction corresponding to a movement of the liquid column. down.
An electric motor 30 drives, by means of a belt and a pulley, a toothed wheel 31 engaged with a rack 21 integral with the piston rod 2. In the circuit 29 of this motor 30 is interposed a contactor 27- 28 used to close or turn this circuit. The contact 27 is fixed, while the contact 28 is carried by a lever 26 pivoting around a point 26a. This lever 26 is attacked at two points 26b and <B> 26e </B> by the rods of the two small pistons 24 and 25 sliding in cylinders connected by the conduits 22 and 23 to the conduit 6 containing the column of liquid. . The conduit 22 opens into this conduit via a branch directed upwards, while the conduit 23 opens into the same conduit 6, but via a branch directed downwards.
This apparatus works as follows: When the column of liquid which oscillates in the pipe 6 moves upwards, it exerts on the small quantity of liquid held in the pipe 23 a certain pressure which lifts the piston 25. The lever 26 pivots upward moving the contact 28 away from the contact 27. The circuit 29 of the motor 30 is therefore open.
On the contrary, as soon as the column of liquid begins to flow downwards, this movement being aided by the spring 15, it is on the liquid contained in the pipe 22 that it exerts a certain pressure which pushes the small piston 24. upwards and determines the pivot. lever 26 downwards, then applying contact 28 against contact 27. Motor circuit 29 is then closed and this motor starts immediately and pushes piston 2 to the left via the transmission described above (toothed wheel 31 and rack 21). The liquid is pushed down into column 6, compressing spring 9.
At one point. given, the antagonistic force of this spring 9 reaches a value which exceeds the driving force of the motor increased by the inertia of the moving masses. The liquid in the pipe 6 then begins to flow back upwards and lifts the piston 25, thus causing the opening of the circuit of the motor 30 which stops immediately. The piston 2 is pushed to the right by bending the spring 15 and the cycle begins again.
The arrangement of the apparatus shown in FIG. 8 is analogous to. that of FIG. <B> 7 </B>, except that piston 2, on which there is no spring, is actuated by an electromagnet controlled, as in the previous case, by a contactor <B> 27-28 </ B> actuated by a lever 26 subjected to the action of pistons 24 and 25.
The operation is similar to that which has just been described. The closing of the contact 27-28 excites the electromagnet, of which the mature arm 32 is then drawn downwards and acts directly on the piston \?, While the re-rise of the liquid column causes; contact 27-28 ,. de-energizes the electromagnet and allows the piston 2 to rise under the effect of the pressure of the liquid.
In the arrangement which is represented by FIG. 8, the liquid leaving the chamber 1, in which the piston 2 moves, passes into a reservoir 34, containing at its upper part, at 35, a cushion of compressed air, and acting as a kind of accumulator, of so that the liquid which rises through the pipe 36 flows in a uniform manner. <B> It </B> should be noted that the liquid in pipe 36 is not part of the oscillating liquid column.
In this device, the downward impulse is aided by a mass 11 carried by the frame 32 and which therefore oscillates with the column. This mass It is made up of removable elements so that the natural period of the oscillating unit comprising the liquid column can be modified.
The apparatus shown in FIG. 9 has, at the lower part of the duct 6, a position identical to that of FIGS. 1 and 2. This duct 6 widens at an intermediate point to form a chamber 1 in which slides a piston 3 actuated by a fluid motor (gas or steam) under pressure, comprising a piston 40 rigidly connected to the plunger 3 and sliding in a cylinder 41 capable of being placed in alternate communication with a pressurized fluid inlet 42 and an outlet 43 via the spool 44.
The intake 42 communicates with the cylinder 41 via the duct 53 which, when the piston 40 has undergone a certain displacement, is closed off by an auxiliary piston 54 integral with the rod of the piston 40. This obturation of the arrival of the fluid allows the de-tent of the fluid located against the right face of the piston 40.
The spool 44 is actuated by the oscillations of the liquid column in the duct 6 in the following manner: The lower part of the duct 6 opens into a part 45 of the chamber 1 connected to the rest of this chamber by a clamp 46 in which can move a shutter piston 47 subjected to the action of the two springs 48 and 55 acting in opposite directions and which tend to keep it in the middle part of the constriction 46.
This ob turator piston 47 is carried by a rod 49 connected to a lever 50 articulated at 51 to a pivot arm both at 51a, a rod 52 being interposed between a point of the lever 50 and the slide 44.
When the column of liquid, after having received a downward impulse, begins to rise in the duct 6 under the action of the spring 9, the shutter piston 47 is forced into the interior of the chamber 1. It therefore pulls on the lever 50 by moving it to the right and, by means of the rod 52, it brings the drawer 44 into its right position. This position is that for which the cylinder dre 41 is connected to the exhaust 43. The pis ton 3 can therefore move freely to the right up to the position where it allows the liquid to pass into the section of pipe coming from after bedroom 1.
The liquid column was able to rise at the beginning inside the conduit 6 before the displacement of the spool, because the working fluid em stored to the right of the piston 40 is a compressible fluid and at the end of the expansion period.
On the contrary, when the column of liquid flows downwards, its action brings the shutter piston 47 back to the other side of the constriction 46, and this shutter piston through the intermediary of the rod 52 brings back the slide 44 in. the left position.
This device works as follows: Let us start from the position indicated in the figure. The pressurized fluid arriving at 42 and 53 pushes piston 40 to the left. The piston 3 causes the depression of the column of liquid and the compression of the res out 9. After a certain stroke of the piston 40, the rod 54 closes the arrival of fluid 53, the fluid trapped behind the piston 40 expands and continues. pushing the piston 3 acting on the liquid column.
At the end of the expansion, the effect of the spring 9 becomes predominant, the movement of the column of liquid changes direction, the pistons 3 and 40 come back, the spool 44, thanks to the shutter piston 47, starts up. 'exhaust. Udders 3 and 40 go fully to the right; by its inertia, the column of liquid continues to rise, the piston 3 having released communication with the upper part of the pipe 6. The valve 14 has risen to allow the introduction of liquid into the pipe.
When the column has finished its upward movement, by its weight, it compresses the spring 9 and starts again in the opposite direction, the shutter piston moves and returns the spool 44 to the intake and so on.
Fig. 10 illustrates this operation during a complete cycle the duration of which is <I> y </I> seconds. The curves <I> a, </I> b and c respectively represent the displacements as a function of time of the pistons 3 and 8, of the shutter piston 47 and of the valve 10.
We will now give, to fix ideas, the numerical indications relating to the embodiment of FIGS. 1 and 2.
Suppose that we use a duct of a total length chosen between 60 and 30 ni.
The period of oscillation of the assembly comprising the liquid column depends on the length of the conduit and the elastic retainer.
However, it is important to note that there are two oscillation periods to consider: a) The natural period of the oscillating assembly when the device does not deliver liquid, which will be called the no-load period hereinafter , and b) the period during pumping and which will be called the operating period, the latter being greater than the no-load period, since the latter is added to the flow time of the pumped liquid.
For a 60 m pipe, the frequency of the pulses corresponding to the state of resonance is between 75 and 85 strokes per minute; for a pipe length of 30 m, it ranges from 100 to 120 udder strokes per minute.
Regarding the dimensions of the pumping device, the diameter of the lower piston 8 is 75 mm, the maximum stroke of this piston is 87 mm, the spring has a winding diameter of 58 mm, it consists of wire with a diameter of 12 mm. and it includes 15 turns. Its length, when the turns are contiguous, is <B> 180 </B> mm and, in the relaxed state, 267 mm.
The diameter of the duct 6 is 40 mm. Under these conditions, for a length of the pipe of 60 m, the frequency of the pulses corresponding to the resonance is 79 strokes per minute: it corresponds for the data considered above and a rise of 50 m to a flow rate of 875 liters per hour with a stroke of 30.6 cm of the pump lever, the maximum speed of the water in the pipe being 1.80 m per second.
With the same device, but for a length of the duct of only 30 m and an elevation of 25 m, the pulse rate corresponding to the. resonance is 100 strokes per minute giving a flow rate of 1460 liters per hour, which corresponds to a stroke of the pump lever of 20.3 cm, the maximum speed of the water in the pipe being 1 m 90 per second.
The figures shown above are theoretical figures given by the calculation. If we take into account the pressure drops in the duct, we can expect for the above data: for a duct length of 60 m, at an efficiency of 54%, for a duct length of 30 m, at a yield of 62%.
The efficiency increases when the flow decreases.
If you now want to use the same device to operate between 30 and 15 m in length of conduit, while keeping the same frequency range, it suffices to change the spring by substituting one whose characteristics are the same except for the one. wire diameter which becomes equal to 10 mm.
It is interesting to note that for a pumping depth of 50 m and a pipe length of 60 m, in order to keep the oscillations of the water column in resonance but without delivering liquid, it is sufficient to ensure an overpressure of 266 g per cm =, for a stroke of 20 cm of the pump lever with the data indicated above, this overpressure making it possible to overcome the liquid pressure drops in the duct. Under these conditions, the maximum velocity of the liquid in the duct is 91 cm per second.
Finally, with regard to the pressures, we find that, at the bottom of the water column, if the pipe has a length of 60 m and with an elevation of 50 m, the maximum pressure is equal to 17.5 hg by em2. It is therefore practically possible to use commercially available 40/49 seamless drawn tubes which are tested to at least 20 kg per cm 2.
For a pipe length of 30 m, and an elevation of 25 m, the pressure at the bottom of the liquid column is only 12 kg per cm2.