EP0274374A2 - Appareil refoulant hydraulique - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F7/00—Pumps displacing fluids by using inertia thereof, e.g. by generating vibrations therein
- F04F7/02—Hydraulic rams
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
Definitions
- the present invention relates to a pumping device for liquid intended to be entrained by a channeled liquid drop and serving to deliver the liquid to a level greater than the height of the channeled drop.
- a known device of this kind is the hydraulic Garvens ram which is distinguished by a small size and reduced weight.
- This apparatus comprises a pump body containing a discharge valve, an air bell fixed above the pump body and a stop valve box fixed in the extension of the pump body.
- Each device model was intended for a certain range of supply rates and to be used with inlet and outlet ducts of specified diameters.
- the discharge line was connected to the pump body downstream of the discharge valve.
- the length of the water supply line was variable as well as the diameters of the supply and delivery lines and the characteristics of the device varied according to the supply flow and the diameters of the lines.
- the disadvantages of the Garvens ram are its poor performance and the noise caused by its operation.
- the quantity of water discharged was defined by the manufacturer as being able to be equal to one tenth of the quantity of water supplied for a high discharge force equal to seven times the height of the driving fall.
- the object of the invention is to provide a hydraulic device which in particular has performances far superior to those of prior devices.
- a delivery device comprising a frame which comprises at least one inlet connected to a liquid supply pipe creating a driving fall, a delivery outlet provided with a delivery valve and an outlet d exhaust provided with a shut-off valve, and an air chamber communicating with a discharge pipe connected in the lower part of the air chamber, this air chamber containing a flexible tight wall to form a hermetic interior enclosure for a gas.
- the device according to the invention then has performances very clearly superior to those of devices according to the prior art and its priming is automatic, which constitutes a considerable practical advantage.
- FIG. 1 there is shown a typical installation of a known hydraulic ram, designated at 10.
- This ram comprises a frame surmounted by an air bell 2.
- the frame 1 has an inlet 11 connected to a pipe supplied with liquid CA putting the apparatus in communication with a supply tank A which may be constituted by a lake, a pond or a river, for example.
- the frame 1 also has an opening 12 provided with a shut-off valve 14.
- the frame 1 has an outlet connected to a discharge line CR which opens into a discharge tank B located, by relative to the frame 1, at a height greater than that of the tank A.
- the height of the level in the tank with respect to the discharge valve is called the height of the driving drop (Hm).
- the hydraulic device 10 operates according to the following cycle.
- the liquid supplied by the line CA drives in its movement the shut-off valve 14 hence the closing thereof, which has the effect of cause a overpressure and open the discharge valve: a quantity of liquid is discharged into the discharge line CR. It then creates the joint action of a depression in the frame and the weight of the stop valve reopens it letting escape a quantity of liquid to the leakage line while the discharge valve-closes. This movement of liquid discharge and discharge is repeated a large number of times per minute.
- a known apparatus of the Garvens type is capable of delivering a maximum of one tenth of the feed rate at a maximum delivery height Hr equal to seven times the height Hm of the driving fall. The rest of the liquid is lost and escapes through the shut-off valve.
- the invention provides a repressor which incorporates a set of improvements such that they unexpectedly improve the performance of the apparatus, opening it to a range of applications for which it has hitherto been excluded from envisaging. the use of such a device.
- FIG. 2 An exemplary embodiment of the apparatus according to the invention is shown in section in Figure 2.
- a frame 1 having an inlet 11 intended for the connection of a liquid supply pipe CA, a discharge opening 13 provided with a valve 15 and an exhaust outlet 12 provided with a stop valve 14.
- an air chamber 2 communicating with the interior of the frame 1 by means of the discharge valve 15 and the opening 13.
- the discharge line CR In the lower part of the air chamber 2 is connected the discharge line CR.
- the pressure prevailing inside this air chamber 2 corresponds to the discharge pressure, in other words to the discharge height. It is therefore very advantageous to be able to vary the internal pressure of the air chamber as desired.
- a flexible waterproof membrane 20 is placed inside the chamber 2 to form an airtight inner enclosure into which is blown an adequate quantity of gas under pressure (rare gas or not) so as to optimize the discharge of liquid. Thanks to this arrangement, the delivery height is considerably increased.
- the accumulator completely eliminates the worry of air supply.
- an air purge must be provided against the diaphragm, to expel the air and so that the liquid continually follows the diaphragm during operation of the pump.
- An adjustable air introduction device 16 is advantageously provided near the discharge opening 13 to ensure an appropriate air intake so as to reduce the risk of cavitation, that is to say the formation within liquid, nests of vapor which would have the effect of attacking and destroying the walls and the organs of the pump.
- a shunt 21 which connects the upper part of the air chamber 2 and the interior volume of the frame 1.
- the device according to the invention is capable of discharging a liquid at the rate of one tenth of the feed rate at a height equal to about nine times at least the height of the driving drop.
- the distance between the discharge valve 15 and the stop valve 14 is as small as possible.
- the device according to the invention constitutes a small pressure pump which can advantageously replace a pump driven by an electric or internal combustion engine. Indeed, for equal performance, an electric pump is undoubtedly more expensive than a device according to the invention due to the consumption of significant electrical energy or fuel and due to the inevitable maintenance and repair of the transmission members.
- the lifespan of motorized devices is relatively limited.
- the frame 1 can be made with a variable cross section between the inlet 11 and the discharge outlet 13 so as to produce a venturi effect.
- FIG. 4 shows a plan view of an arrangement comprising four supply pipes CA1-CA4 associated with a single air chamber 2
- FIG. 5 shows a view in elevation.
- the delivery is made by a common delivery pipe CR.
- FIG. 6 schematically shows two apparatuses 10A, 10B in cascade.
- the leakage outlet 12 of the first device 10A is connected to the inlet 11 of the next device 10B by a line CA2 having a cross section dimensioned in proportion to the leakage rate Q f1 of the device 10A and having a length equal to the less than ten times the height of the drop between the two devices.
- a balance chimney 18 is connected on the CA2 pipe.
- the delivery device according to the invention can advantageously be installed in a floating manner as illustrated diagrammatically in FIG. 7.
- the frame 1 of the device is fixed on a floating base 22 and the supply line CA is mounted with a hinged device 23. From the fate, the device can be installed on rivers with variable speed and level and it can operate even in periods of flood.
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Abstract
Un bâti (1) comportant au moins une entrée raccordée à une conduite d'amenée de liquide (CA) créant une chute motrice, une sortie de refoulement munie d'une soupape de refoulement (15) et une sortie d'échappement munie d'une soupape d'arrêt (14), et une chambre à air (2) communiquant avec une conduite de refoulement (CR) raccordée dans la partie inférieure de la chambre à air, celle-ci comprenant une paroi étanche souple (20) formant une enceinte intérieure hermétique pour un gaz sous pression.
Description
- La présente invention concerne un appareil refoulant pour liquide destiné à être entraîné par une chute de liquide canalisée et servant à délivrer le liquide à un niveau supérieur à la hauteur de la chute canalisée.
- Un appareil connu de ce genre est le bélier hydraulique Garvens qui se distingue par un faible encombrement et un poids réduit. Cet appareil comprend un corps de pompe contenant un clapet de refoulement, une cloche à air fixée au-dessus du corps de pompe et une boîte à soupape d'arrêt fixée dans le prolongement du corps de pompe. Chaque modèle d'appareil était destiné à une certaine gamme de débits d'approvisionnement et à être utilisé avec des conduits d'entrée et de sortie de diamètres déterminés.
- Dans cet appareil connu, la conduite de refoulement était raccordée au corps de pompe en aval du clapet de refoulement. La longueur de la conduite d'amenée d'eau était variable ainsi que les diamètres des conduites d'amenée et de refoulement et les caractéristiques de l'appareil variaient en fonction du débit d'approvisionnement et des diamètres des conduites.
- Les inconvénients du bélier Garvens sont ses performances médiocres et les bruits occasionnés par son fonctionnement. La quantité d'eau refoulée était définie par le constructeur comme pouvant être égale au dixième de la quantité d'eau amenée pour une hau teur de refoulement égale à sept fois la hauteur de la chute motrice.
- L'invention a pour but de procurer un appareil hydraulique qui a notamment des performances bien supérieures à celles des appareils antérieurs.
- Cet objectif est atteint selon l'invention par un appareil refoulant comprenant un bâti qui comporte au moins une entrée raccordée à une conduite d'amenée de liquide créant une chute motrice, une sortie de refoulement munie d'une soupape de refoulement et une sortie d'échappement munie d'une soupape d'arrêt, et une chambre à air communiquant avec une conduite de refoulement raccordée dans la partie inférieure de la chambre à air, cette chambre à air contenant une paroi étanche souple pour former une enceinte intérieure hermétique pour un gaz. L'appareil selon l'invention présente alors des performances très nettement supérieures à celles des appareils selon l'art antérieur et son amorçage est automatique, ce qui constitue un avantage pratique considérable.
- Plusieurs appareils peuvent de façon avantageuse être connectés en cascade et plusieurs conduites d'amenée de fluide peuvent être branchées sur un même appareil.
- L'invention est exposée de façon détaillée dans ce qui suit à l'aide des dessins ci-annexés. Dans ces dessins :
- - la figure 1 représente schématiquement l'installation typique d'un bélier hydraulique,
- - la figure 2 est une vue en coupe d'un appareil exemplaire selon l'invention,
- - la figure 3 illustre une variante d'exécution de la chambre à air,
- - les figures 4 et 5 illustrent schématiquement, respectivement en plan et en élévation, une installation comprenant un appareil selon l'invention alimenté par plusieurs conduites d'amenée de fluide,
- - la figure 6 montre schématiquement une installation de deux appareils selon l'invention en cascade,
- - la figure 7 représente schématiquement une installation flottante d'un appareil refoulant selon l'invention.
- Se reportant à la figure 1 on voit représentée une installation typique d'un bélier hydraulique connu, désigné en 10. Ce bélier comprend un bâti surmonté d'une cloche à air 2. Le bâti 1 a une entrée 11 raccordée à une conduite d'ammenée de liquide CA mettant l'appareil en communication avec un réservoir d'alimentation A qui peut être constitué par un lac, un étang ou une rivière, par exemple. Le bâti 1 a également une ou-verture 12 munie d'une soupape d'arrêt 14. Enfin, le bâti 1 a une sortie connectée à une conduite de refou-lement CR qui débouche dans un réservoir de refoule-ment B situé, par rapport au bâti 1, à une hauteur supérieure à celle du réservoir A. La hauteur du niveau dans le réservoir par rapport à la soupape de refoulement est appelée hauteur de la chute motrice (Hm).
- Dans une telle installation, l'appareil hydraulique 10 fonctionne selon le cycle suivant. Lorsque l'appareil est amorcé en jouant sur la soupape d'arrêt C, le liquide amené par la conduite CA entraîne dans son mouvement la soupape d'arrêt 14 d'où la fermeture de celle-ci, ce qui a pour effet d'occasionner une surpression et d'ouvrir la soupape de refoulement : une quantité de liquide est refoulée dans la conduite de refoulement CR. Il se crée alors l'action conjointe d'une dépression dans le bâti et le poids de la soupape d'arrêt réouvre celle-ci laissant échapper une quantité de liquide vers la conduite de fuite tandis que la soupape de refoule-ment se referme. Ce mouvement de refoulement et d'échappement de liquide se répète un grand nombre de fois par minute. Un appareil connu du type Garvens est capable de refouler au maximum un dixième du débit d'alimentation à une hauteur de refoulement Hr maximum égale à sept fois la hauteur Hm de la chute motrice. Le restant du liquide est perdu et s'échappe par la soupape d'arrêt.
- L'invention procure un appareil refoulant qui incorpore un ensemble de perfectionnements tels qu'ils améliorent de façon inattendue les performances de l'appareil, ouvrant cellui-ci à une gamme d'applications pour lesquelles il était jusqu'à présent exclu d'envisager l'emploi d'un tel appareil.
- Un mode d'exécution exemplaire de l'appareil selon l'invention est représenté en coupe à la figure 2. Dans ce mode de réalisation, on distingue un bâti 1 ayant une entrée 11 destinée au raccordement d'une conduite d'amenée de liquide CA, une ouverture de refoulement 13 munie d'une soupape 15 et une sortie d'échappement 12 munie d'une soupape d'arrêt 14. Au-dessus du bâti 1 est située une chambre à air 2 communiquant avec l'intérieur du bâti 1 par l'intermédiaire de la soupape de refoulement 15 et de l'ouverture 13. Dans la partie inférieure de la chambre à air 2 est connectée la conduite de refoulement CR.
- Il a été constaté par le demandeur que la pression qui règne à l'intérieur de cette chambre à air 2 correspond à la pression de refoulement, autrement dit à la hauteur de refoulement. Il est dès lors fort intéressant de pouvoir faire varier à souhait la pression interne de la chambre à air. A cet effet, une membrane étanche souple 20 est disposée à l'intérieur de la chambre 2 pour y former une enceinte intérieure hermétique dans laquelle est insufflé une quantité adéquate de gaz sous pression (gaz rare ou non) de manière à optimiser le refoulement de liquide. Grâce à cette disposition, la hauteur de refoulement se trouve considérablement accrue.
- De surcroît, l'accumulateur permet de supprimer entièrement le souci de l'approvisionnement en air. Mais compte tenu des éventuelles rentrées d'air, il faudra prévoir une purge d'air contre la membrane, pour chasser l'air et pour que le liquide épouse continuellement la membrane pendant le fonctionnement de la pompe.
- Un dispositif d'introduction d'air réglable 16 est avantageusement prévu à proximité de l'ouverture de refoulement 13 pour assurer une entrée d'air appropriée de manière à réduire le risque de cavitation, c'est-à-dire la formation au sein du liquide, de nids de vapeur qui auraient pour effet d'attaquer et détruire les parois et les organes de la pompe.
- Egalement, pour réduire l'effet de cavitation interne on peut prévoir, comme l'illustre la figure 3, un shuntage 21 qui relie la partie supérieure de la chambre à air 2 et le volume intérieur du bâti 1.
- Des essais effectués par le demandeur ont montré que lorsque la longueur de la conduite d'amenée de liquide CA est comprise entre six et douze fois la hauteur de la chute motrice Hm, la hauteur de refoulement est considérablement supérieure à celle que permettait un appareil antérieur équivalent et qu'en outre un amorçage automatique de la pompe est assuré. En particulier, l'appareil selon l'invention est capable de refouler un liquide à raison d'un dixième du débit d'alimentation à une hauteur égale à environ neuf fois au moins la hauteur de la chute motrice. De préférence, la distance entre la clapet de refoulement 15 et la soupape d'arrêt 14 est la plus petite possible.
- Les résultats obtenus montrent que l'appareil selon l'invention constitue un petite pompe refoulante qui peut avantageusement remplacer une pompe entraînée par un moteur électrique ou à explosion. En effet, à performances égales, une pompe électrique est incontestablement plus coûteuse qu'un appareil selon l'invention par suite de la consommation d'énergie électrique ou de combustible importante et en raison des entretiens et réparations inévitables des organes de transmission. La durée de vie des appareils à moteur, quant à elle, est relativement limitée.
- Pour améliorer encore les performances, on peut réaliser le bâti 1 avec une section transversale variable entre l'entrêe 11 et la sortie de refoulement 13 de manière à produire un effet venturi.
- Pendant le fonctionnement de l'appareil refoulant, la fermeture quasi instantanée de la soupape d'arrêt 14 produit une onde de choc qui se propage sous forme d'une débit et d'une pression. La vitesse de propaga tion de cette onde, c'est-à-dire la célérité est en moyenne de 1.200 mètres par seconde. L'énergie ainsi développée vient s'engouffrer dans la chambre à air. L'inventeur a constaté qu'il est possible de bénéficier de plusieurs coups de bélier relativement simultanément et d'accumuler l'énergie produite par les ondes de choc de plusieurs soupapes d'arrêt dans une seule chambre à air comme illustré à titre d'exemple par les figures 4 et 5. La figure 4 montre une vue en plan d'un agencement comprenant quatre conduites d'alimentation CA1-CA4 associées a une chambre à air unique 2, la figure 5 montre une vue en élévation. Le refoulement se fait par une conduite de refoulement commune CR. Une telle disposition permet, lorsque le débit moteur Qb est fort important, d'éviter l'emploi d'un gros bélier, lourd, encombrant, cassant et très coûteux ou l'emploi de plusieurs petits appareils hydrauliques branchés en parallèle.
- Comme indiqué précédemment, une fraction seulement (1/10 par exemple) du débit d'alimentation Qb est refoulée dans la conduite de refoulement CR. Il s'ensuit donc un débit de fuite Qf important qui s'échappe par la soupape 14. Il s'est avéré possible, malgré la sortie intermittente du débit de fuite, de canaliser complètement le débit de fuite Qf et de connecter deux ou plusieurs appareils en cascade, et ce, malgré l'onde de choc créée dans le bélier suivant. La figure 6 montre schématiquement deux appareils 10A, 10B en cascade. La sortie de fuite 12 du premier appareil 10A est connectée à l'entrée 11 de l'appareil suivant 10B par une conduite CA2 ayant une section transversale dimensionnée au prorata du débit de fuite Qf1 de l'appareil 10A et ayant une longueur égale au moins à dix fois la hauteur de la dénivellation entre les deux appareils. Sur la conduite CA2 est raccordée une cheminée d'équilibre 18.
- L'appareil refoulant selon l'invention peut de façon avantageuse être installé de manière flottante comme illustré schématiquement à la figure 7. La bâti 1 de l'appareil est fixé sur une base flottante 22 et la conduite d'amenée CA est montée avec un dispositif articulé 23. De la sort, l'appareil peut être installé sur des cours d'eau à régime et niveau variables et il peut fonctionner même en périodes de crue.
Claims (7)
1. Appareil hydraulique comprenant un bâti qui comporte au moins une entrée raccordée à une conduite d'amenée de liquide (CA) créant une chute motrice de hauteur prédéterminée (Hm), une sortie de refoulement munie d'une soupape de refoulement et une sortie d'échappement munie d'une soupape d'arrêt, et une chambre à air communiquant avec une conduite de refoulement (CR) raccordée dans la partie inférieure de la chambre à air, caractérisé en ce que la chambre à air (2) comprend une paroi étanche souple (20) formant une enceinte intérieure hermétique pour un gaz.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure de la chambre à air (2) communique avec le volume intérieur du bâti (1) par l'intermédiaire d'un shuntage (21).
3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la section transversale du bâti entre l'entrée (11) et la sortie de refoulement (13) est variable de manière à produire un effet venturi.
4. Dispositif selon l'un quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sortie de fuite (12) d'un premier appareil (10A) est connectée à l'entrée (11) d'un autre appareil (10B) par une conduite d'alimentation inclinée (CA2) dont la section transversale est dimensionnée en fonction du débit de fuite (Qb) dudit premier appareil (10A).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la conduite d'alimentation inclinée précitée (CA2) a une longueur au moins égale à dix fois la hauteur de dénivellation entre les deux appareils consécutifs (10A, 10B).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs conduites d'amenée de liquide (CA1, CA2 ...) en liason avec une chambre à air (2) unique.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bâti (1) est installé sur une base flottante (22) et en ce que la conduite d'alimentation (CA) est montée avec un dispositif articulé (23).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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BE217656 | 1986-12-30 | ||
BE0/217656A BE906113A (fr) | 1986-12-30 | 1986-12-30 | Appareil refoulant hydraulique. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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EP0274374A2 true EP0274374A2 (fr) | 1988-07-13 |
EP0274374A3 EP0274374A3 (fr) | 1988-12-07 |
Family
ID=3844115
Family Applications (1)
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EP87870208A Withdrawn EP0274374A3 (fr) | 1986-12-30 | 1987-12-29 | Appareil refoulant hydraulique |
Country Status (2)
Country | Link |
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EP (1) | EP0274374A3 (fr) |
BE (1) | BE906113A (fr) |
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