EP0528726B1 - Procédé et dispositif de commande d'une installation de pompage et élément modulaire de détection pour une telle installation - Google Patents

Procédé et dispositif de commande d'une installation de pompage et élément modulaire de détection pour une telle installation Download PDF

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EP0528726B1
EP0528726B1 EP92402286A EP92402286A EP0528726B1 EP 0528726 B1 EP0528726 B1 EP 0528726B1 EP 92402286 A EP92402286 A EP 92402286A EP 92402286 A EP92402286 A EP 92402286A EP 0528726 B1 EP0528726 B1 EP 0528726B1
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EP
European Patent Office
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pump
support
liquid
pressure
temperature
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP92402286A
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German (de)
English (en)
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EP0528726A1 (fr
Inventor
Michel Kernours
Roger Amand
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Wilo Salmson France SAS
Original Assignee
Pompes Salmson SAS
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Filing date
Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/06—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations specially adapted for stopping, starting, idling or no-load operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/10—Other safety measures
    • F04B49/106—Responsive to pumped volume
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • F04D15/0209—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid
    • F04D15/0218—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid the condition being a liquid level or a lack of liquid supply
    • F04D15/0227—Lack of liquid level being detected using a flow transducer

Definitions

  • the subject of the present invention is a modular element for detecting the flow rate and the pressure in a liquid pipe, comprising a support intended to be placed in thermal contact with the fluid, and on which are fixed a first temperature sensor with variable electrical resistance as a function of temperature, a second temperature sensor with variable electrical resistance as a function of temperature disposed at a distance from the first sensor, and a heating element, said two temperature sensors and said heating element each being connected to at least one member electric and / or electronic control.
  • a control device of this kind is already known for pumps, in which the opening of the discharge valve of the pump is monitored and the pump is stopped after a delay time at start-up if the discharge valve does not don't open.
  • Such a device cannot be used when there is no discharge valve or when it is not accessible and, in general, when it is necessary not to induce pressure losses additional in the discharge line due to the installation of a pump flow regulation system.
  • Experience has also shown that maintaining the opening of the discharge valve is not an absolute criterion for pump discharge.
  • the pump discharge valves when they are dirty or corroded after a long running time of the pump, tend to have a very high hysteresis and to remain in the open position as long as a flow opposite to the backflow does not manifest itself, which leads to keeping the discharge pumps in the running position after the emptying of the tank (s) they control and therefore to the rapid degradation of the pumps thus regulated.
  • the present invention proposes to remedy the drawbacks of known pump control systems, by using pressure and minimum safety flow detectors which do not penetrate the pump discharge line and which are thus more reliable and more faithful. than the detectors used so far, while being more sensitive.
  • the problem underlying the invention is the detection not only of the flow prevailing in a liquid pipe, but also of the pressure. Knowledge of flow and pressure is useful for controlling pumps.
  • the invention provides a modular element for detecting the flow rate and the pressure of the aforementioned type, which further comprises at least one pressure sensor with an electric strain gauge attached. on the support and connected to at least one electrical and / or electronic control member.
  • FIG. 1 a device for regulating the running of a pump (not shown), installed on a section 1 of the discharge pipe of the pump connected to a flange 2 of this section.
  • This partially known device comprises a pressure sensor 3, shown here diagrammatically by a pressure transfer passage 4 and by a bellows 5 carrying an electric switching plate 6 pushed back by a calibrated spring 7 against the effect of the pump discharge pressure.
  • Electrical contacts 8 and 9 are connected to a control member 10 of the electric motor (not shown) of the pump in a provision establishing the electrical circuit also as long as the pump pressure does not exceed a predetermined value.
  • the device 11 for regulating the operation of the pump comprises a sensor 12 for the minimum delivery rate of the pump which does not cause any significant pressure drop during the operation of the pump.
  • the sensor 12 is connected, by a two-conductor cable 13, to the control member 10 of the electric motor of the pump, via a timing member 10 'which does not trigger the possible stopping of the pump motor until after a start-up delay of a few seconds, in the event that the circuit of cable 13 is not closed.
  • the highly sensitive flow sensor 12 here comprises a pallet 14 mounted suspended oscillating around an axis 15 and which projects inside the discharge pipe 1 when no flow passes through this pipe or when the flow which passes through this conduct is very weak.
  • the pallet 14 is mounted inside a housing 16 substantially in the general shape of a segment of a circle extending here substantially over an eighth of a circle.
  • a spring 17 can be placed in abutment on the housing 16 to push the pallet 14 towards the position shown in FIG. 1 when it is biased towards position 14 ′, shown in dotted lines, by the discharge flow which flows in line 1 according to arrow 18.
  • the pallet 14 When a large flow, corresponding to the normal delivery flow of the pump, flows in the direction of arrow 18, the pallet 14 is pushed back against a stop 19 in position 14 ′ and practically disappears completely in the housing 16 thereby eliminating almost all of the additional pressure losses caused by the flow sensor 12.
  • the pallet 14 is extended out of the housing 16 by a contact blade 20 which is capable of establishing the continuity of the electrical circuit between two contacts sliding electrics 21 and 22, each connected to a separate wire from the conductive cable 13.
  • a housing 23 covers the entire sensor pressure 3 and the flow sensor 12, allowing the connection cables to pass through, if necessary in a sealed manner, to the control member 10 of the electric motor.
  • This member 10 can be placed at a distance from the regulation device 11 and close to the electric motor and can be connected to a complex regulation assembly, to a computer for example, as well as to means of remote signaling of an incident.
  • the operation of the pump regulation device 11 shown in FIG. 1 is explained in relation to the diagram in FIG. 2 in order to allow a better understanding of the pump control device according to the invention which will be presented below.
  • the electric motor of the pump is switched on to allow it to start when the operating pressure of the liquid network on which the pump is discharged is below a predetermined value.
  • This minimum pressure value which triggers the starting of the engine is in fact determined by the setting of the spring 7 which causes the support of the switching plate 6 on the two contacts 8 and 9 to establish the continuity of the engine starting circuit.
  • the delay member 10 ′ is then energized and ensures the excitation of the pump run relay for a few seconds corresponding to the duration of speeding up of the rotor of the pump.
  • a normal liquid flow rate is established very quickly according to arrow 18 and the diagram of the pump pressure P as a function of the flow rate Q is established on the value of normal flow rate Q N for a discharge pressure P N.
  • the flow which flows according to arrow 18 rotates the pallet 14 towards its position 14 ′ against the return force of gravity and the return spring 17.
  • the pallet 14 bears on the stop 19 s practically erases the flow circuit without causing any additional pressure drop and establishes, by the contact blade 20, the continuity of the electrical circuit between the sliding contacts 21 and 22.
  • the circuit of the conductive cable 13 then maintains the excitation of the time relay 10 ′ and the pump continues to operate after it has started.
  • the minimum flow rate Q m is not established and, after the delay of start delay of the delay member 10 ′, the powering up of the pump motor is interrupted and an alert or incident signal is triggered.
  • the electromechanical pump control device which has just been described functions correctly in new condition but it has been found to be very sensitive to fouling and corrosion.
  • the paddle flow sensor 12 was first replaced, causing no significant pressure drop during the pump's operation, by a static flow sensor, operating for example according to the principle of gauges. electrical and / or electronic measurement constraint.
  • a static flow sensor operating for example according to the principle of gauges. electrical and / or electronic measurement constraint.
  • Such a sensor represented schematically in Figures 3 and 4 shows no entry into the fluid circuit that is likely to induce leakage or corrosion.
  • These heat dissipation flow sensors consist of a heating element A with substantially constant thermal power and comprising an electrical resistance supplied by a circuit 25 giving off a substantially constant thermal power and which is applied to the metallic external wall of the discharge pipe of the pump, for example using a collar 24 surrounding the discharge line 1.
  • Two temperature measuring members (or sensors) B and B ′ are arranged on said outer wall, respectively a first member B at a distance from the heating element A with respect to the direction of flow 26 of the liquid inside the metal pipe 1 for discharging the pump and a second member B ′, placed downstream or upstream but close to the heating element A, to measure the proximity heating caused by this heating element A.
  • the heating element A and of the two organs B, B ′ for measuring the temperature when the discharge flow of the pump is high, the dissipation of the heat provided by the heating element, by the intermediate of the fluid discharged by the pump, is large and the difference between the temperatures measured by the first B and the second B ′ temperature measuring members is small.
  • the discharge flow rate of the pump when the discharge flow rate of the pump is low or zero, the heat supplied by the heating element A dissipates only slowly and over a large area around this heating element and the difference between the temperature measured by the first organ B and that measured by the second measurement organ B ′ becomes significant, which indicates the non-establishment of the normal delivery flow of the pump.
  • the first temperature measuring member B can, for large diameter delivery pipes, be diametrically opposite the heating element, as shown in dotted lines in the figure with the index (B), which makes it possible to reduce the size along the axis of the discharge line of the pump, external sensors attached by collars or other means on this line.
  • the temperature measuring members B, B ′ can be of any type, in particular consisting of resistors with a negative or positive temperature coefficient which have the advantage of being well integrated into the system for determining the minimum flow rate.
  • Element A with electrical resistance (low power, for example 3 W) can be thermally isolated from the outside environment and applied directly to the wall of the discharge pipe.
  • the second sensor B ' is placed upstream of the heating element A relative to the normal flow direction 26 in this pipe. This has the consequence that, as soon as a low delivery rate occurs in the delivery pipe 1, the surface of the pipe 1 in the vicinity of the sensor B ′ is cooled by the flow (in principle still laminar) of the pumped liquid by the pump. It is of course assumed that the discharge pipe 1 is metallic, for example steel, and has a small thickness, which gives it good thermal conductivity to the outside. Such an arrangement of the sensor B ′ is therefore particularly suitable for capturing low delivery rates.
  • the indication of the establishment of a discharge flow is delayed by the duration necessary to heat the external surface of the discharge pipe at the level of the first sensor B.
  • the sensor B ′ is placed downstream of the heating element, which has the effect, for low flow rates of discharge (with a flow in principle laminar and not turbulent), to bring inside the pipe 1, opposite the second sensor B ′, of the fluid heated by the heating element A and therefore delays the cooling of the second sensor B ′ until the establishment of a turbulent or rapid discharge (for very viscous fluids, the laminar regime persists up to high flow rates).
  • the sensor system according to FIG. 4 is therefore able to ensure that a frank discharge regime has been established at the outlet of the pump.
  • the electrical or electronic information (pulses, voltages, etc.) of the two temperature sensors B and B ′ are transmitted to an electrical and / or electronic comparison circuit 27 which transmits information on the pumping installation establishment or non-establishment of the flow similar to that transmitted by the cable 13 shown in Figure 1.
  • FIG. 5 represents the application of the pump control device to the level regulation of a basin 30 capable of receiving solid matter suspended in a liquid 31 to be evacuated or to be discharged and which can be, in the worst case , a liquid as aggressive as slurry or draining liquid.
  • the discharge pump 32 is immersed in the bottom of the basin 30 and is here driven by an electric motor mounted for example accessible above a cover 34 of the basin, its rotor being connected to the motor by a vertical shaft 35.
  • the dewatering pump 32 is mounted without suction valve and is, for example, placed on the bottom of the basin 30, along its vertical axis, by a suction strainer ring 35 provided with large section openings 35 '.
  • the discharge line 36 of the pump is, for example, removably connected to a discharge circuit 37 permanently mounted and of large section, that is to say not risking blockage by entangled solid materials.
  • a pressure sensor 38 connected to a control member 39 of the pump motor 33 is mounted on the outside in a leaktight and reliable manner.
  • a discharge valve in particular a simplified return discharge valve by gravity such that a ball valve 40 can be provided on the discharge circuit 37 upstream of a discharge pipe 41 to a discharge (to the sewer or to drainage tanks).
  • a removable manhole 42 allows for example to access the ball valve 40 to carry out its maintenance.
  • the pump 32 Since the pump 32 does not have a suction valve (s), the liquid from the basin 30 passes freely through it and the level N of the basin is found practically unchanged in the discharge circuit 37.
  • the sensor 38 which is for example a sensor waterproof and precision static, is in fact capable, by measuring the pressure prevailing in the circuit 37, of indicating the level of the basin 30 when the pump 32 is not operating.
  • the control member 39 of the motor 33 of the pump can be associated with a logic circuit 42 ′ which is capable of sending, by a cable 43, an alert signal when, during a period of stopping of the motor 33, the pressure at the sensor 38 exceeds that corresponding to the normal level N.
  • the pressure sensor 38 indicates to the control member 39 of the pump motor 33 exceeding a first threshold value, which causes the motor to start through a time relay 44.
  • This relay 44 is a safety circuit that stops the pump motor 33 in the safety position (manual reiteration only) or alert when, after the expiration of the delay time (ten seconds for example) at starting the engine 33, the pressure at the sensor 38 in the discharge circuit 37, upstream of the ball valve 40, does not reach a third threshold value corresponding to the normal discharge pressure of the pump, this third threshold value being significantly higher than that corresponding to the normal level N, as a result of pressure losses.
  • a second threshold value is constituted by a value of the pressure at sensor 38 which is very low, that is to say close to atmospheric pressure.
  • the pump is then kept stationary and then, as the basin 30 is filled, the level of the latter is transmitted through the pump to the discharge circuit 37 to come again to request the pressure sensor 38 when he reaches this one.
  • the control circuit and pump regulation according to FIG. 5 it is possible to use a single pressure sensor 38 permanently mounted and sealingly on the discharge circuit 37.
  • the number of sensors must in fact be as small as possible since these are always expensive to install and maintain in good working order and precision, both to monitor the tank level and the operation of the pump in discharge.
  • the tank 30 is only intended to contain liquids little or not loaded with solid products, to monitor the establishment of the pump discharge pressure, it would be possible to use the flow sensor systems shown in Figures 3 and 4 to ensure the safety start of the pump.
  • sensors of any type, electro-mechanical or purely electrical or electronic can be used for the level sensor N of a collection or reserve basin.
  • One type of sensor which has been found to be very reliable for pumping equipment according to the invention consists of an electrical resistor 45, the value of which is clearly variable as a function of temperature and which is housed for example in a tube. protection 46 open at both ends to allow free rise of the liquid inside the tube.
  • the resistor 45 is arranged just at the level N desired for the liquid and is maintained at a temperature above ambient by an electrical circuit with annexed electronic adjustment or with self-regulation.
  • the electric resistance 45 can be supplied with low voltage and may come into direct contact with the liquid discharged by the pump if it is not very conductive, or else it is protected in an insulating sheath which nevertheless ensures cooling energetic when the resistor 45 is immersed in the liquid.
  • the value of the resistance is markedly different when it is in air (level of the reservoir 30 below the level N for example) or in a liquid such as water which causes intense heat dissipation.
  • the deviation of the value of the resistance at room temperature from the hot value of this resistance is checked by a level detection system connected to the resistor 45 by a cable 47 and which does not use moving parts liable to be blocked by corrosion or by the liquid loaded with debris and which is pumped by the installation.
  • a level sensor with heated electrical resistance, immersed or not in the liquid discharged by the pump, depending on whether the set level is reached or not, can be applied to all the control devices of a pumping installation which have just be described and to level control devices of any type.
  • FIG. 6 shows a modular element for detecting the minimum flow rate of liquid in a discharge line, this modular element being able to replace the assemblies of FIGS. 3 and 4 using separate thermometric resistances placed on the discharge line of the pump and connected to electrical and electronic circuits for comparison and excitation.
  • the modular detection element 50 shown in Figure 6 is made from a ceramic support 51, for example a relatively flexible membrane due to its small thickness and on which are deposited by any suitable means, in particular by screen printing followed during cooking, electrical resistances which are highly variable with temperature, with a positive or negative temperature coefficient depending on the case, and which are intended to serve as electrical and / or electronic temperature measurement devices.
  • the membrane 51 is housed in an interface box 49 made of an electrically insulating material and is held in position before mounting of the modular element by a box cover not shown in FIG. 6.
  • the membrane 51 thus carries temperature measuring resistors 52, 53, 54, 55 which can be fixed and permanently integrated on the membrane by baking at temperatures up to 900 ° C. Furthermore, stress measurement resistors or strain gauges 56 are deposited or bonded respectively on the interface box 49 and on the membrane 51. It can be recognized in the diagram of the FIG. 7 of the electrical resistors 56a, 56b, 56c, 56d supplied with a continuous voltage +/- in groups of two to constitute a strain gauge, for example the resistors 56b to 56d are fixed on the interface box 49 while the resistor 56a is fixed on the ceramic membrane 51 to undergo the surface stresses of a discharge line 57.
  • an electrical heating resistor 58 of the same kind as is arranged heating element A that is to say of low power (from 3 to 4 W), and which is supplied according to the diagram of FIG. 7 by a source of direct current +/-.
  • the interface box 49 is closed, preferably in a sealed manner, by an insulating plate 48 placed at a distance from the membrane 51 and which carries electrical connection pins or terminals corresponding in particular to the measurement resistors fixed in the interface box 49.
  • an insulating plate 48 placed at a distance from the membrane 51 and which carries electrical connection pins or terminals corresponding in particular to the measurement resistors fixed in the interface box 49.
  • the terminals 59 to 62 and 64, 65 are connected by cables 59a, 60a, 61a, 62a, 64a, 65a to an electrical control member 10 of a pump delivering on the pipe
  • the connections with the electrical control member 10 are preferably carried out by means of electronic interface detectors, respectively: 10a for detecting the existence of a minimum flow rate in the discharge line 57, 10b for detecting the temperature of the liquid conveyed in the discharge line and 10c for detecting the discharge pressure, that is to say the absolute pressure prevailing in the discharge line 57.
  • the modular detection element 50 contained in the housing interface 49 is protected on the side of the ceramic membrane 51 by a protective cover, not shown in FIG. 6, and which is removed for fixing the membrane to the external surface of the discharge pipe 57.
  • the interface box 49 is also fixed on the external surface of the pipe 57, for example by a lateral bonding line 66. It can be seen in FIG. 6 that the connection between a detection resistor 51 to 56 and the corresponding terminal fixed to the insulating plate 48 is made by a flexible wire (see flexible wire 67 for terminal 60, inside the interface box 49).
  • the latter is fixed by its ceramic membrane 51 and, if necessary, by its interface box 49 to a pipe section 70 capable of being inserted from sealingly between two parts 68 and 69 of the discharge line of a pump (not shown) in order to ensure the continuity of the discharge line.
  • the pipe section 70 equipped with its modular detection element 50 removably fixed or permanently fixed to the central pipe part of reduced thickness, thus constitutes a complete removable detector block which can be inserted on a discharge pipe not suitable for measuring minimum flow and, where appropriate, temperature and pressure, for example because it is too thick or is made of a thermal insulating material (reinforced concrete, insulated metal, synthetic material, etc.).
  • the insertable pipe section 70 shown in FIG. 6 comprises, at each of its ends, mounting flanges 71 and 72 provided with sealing means such as an O-ring 73, 74 and intended to cooperate by means of assembly screws 68a, 69a with corresponding flanges formed at each of the ends of the discharge pipe parts 68, 69.
  • the metal discharge pipe part 57 is formed, for example in a metal that is a good heat conductor such as an aluminum alloy, which quickly takes the temperature of the liquid in transit in the discharge pipe.
  • the pipe part 57 has a reduced thickness, nevertheless ensuring sufficient resistance to the discharge pressure but which causes significant stresses and therefore electrical deformations to appear on the external surface of the pipe under the effect of the discharge pressure.
  • the reduced thickness also allows rapid transmission of the temperature of the liquid discharged by the pump to the external surface of the pipe 57 on which the resistors 52 to 55 are bonded, by means of the thin ceramic support membrane 51 sensitive to temperature and / or to deformations caused by surface stresses.
  • the differential temperature measurement resistors 52 (heated resistance) and 55 to which the respective indices T1 and T2 are assigned are supplied by a source of direct current 65 also used for heating, by means of corresponding adjustment resistors RT1 and RT2.
  • a differential voltage sensor VS2 between terminals 64 and 60 makes it possible to address to the external minimum flow detector 10a a voltage which is, in principle, directly proportional to the temperature difference T1-T2 between temperatures T1 and T2 and which allows, by threshold adjustment, to detect the minimum admissible delivery flow for the pump after start-up.
  • the thermal power of the heating resistor 58 is almost completely dissipated in the discharged liquid and the output signal at the terminals 60, 64 is very weak.
  • the output signal on the terminals 61 makes it possible to know at any time the temperature on the external surface of the pipe 57 and to possibly act when this temperature is too high, which indicates an exaggerated temperature of the fluid discharged by the pump.
  • the bridge for measuring the discharge pressure of the liquid in the pipe 57 is produced using the resistors 56 to which temperature compensation elements are added, where appropriate: a resistor RP mounted in parallel with the resistor 56c, a resistor RS in series with the resistor 56a and, if necessary, a resistor RM mounted between the two midpoints of the two branches of the measuring bridge.
  • the temperature compensation resistors are necessary if the temperature on the surface of the pipe 57 is liable to vary within large amplitudes.
  • the output signal VS1 picked up at the terminals 62 is sent to the pressure detector block 10c.
  • the second embodiment of the electrical circuits of the modular element 50 differs from that of FIG. 7 essentially in that it comprises, for the measurement of the minimum flow, a double bridge of resistors which allows to measure with greater sensitivity differential variations in sensor temperature caused by the discharge flow rate in line 57.
  • two temperature measurement resistors 52 and 75 (denoted T1, T4) are heated simultaneously by a common heating resistor 58 ′ and are supplied by a continuous current source +/- (terminals 65) in series each with a respective unheated temperature measurement resistor 76 and 55.
  • the differential voltage sensed is thus a function of the temperature differences T1.T2-T3.T4 and allows better identification of the relative overheating of the heated resistors 52 and 75.
  • the mounting of the electrical circuits of the modular element 50 according to the diagram in FIG. 8 is useful, in particular when the fluid circulating in the discharge line 57 (for example hot heating water), is likely to be very hot compared to the ambient.
  • the fluid circulating in the discharge line 57 for example hot heating water
  • the modular detection element 50 is tightly integrated into a section of pipe 70 which, like the section 70 of Figure 6, is inserted in a sealed manner between two parts 68, 69 of the discharge line of a pump (not shown).
  • the section 70 can, for example, be made of molded plastic (machined for small series) of great thickness to receive the sensor support according to the invention.
  • a passage 77 is formed perpendicular to the wall of the pipe section by forming an annular shoulder 78 on which the edge (coated with an elastomeric seal 79) is applied to a support 80 of generally planar shape (and here circular) for the sensors: temperature 55, differential temperature 52 for measuring the minimum flow rate and stress (strain gauge not shown) with electrical resistances.
  • the support 80 preferably consists of a relatively thin ceramic disc (thickness of the order of 1 mm) which conducts heat well and which has a diameter preferably between 15 and 30 mm.
  • An advantageous support has been found to have a diameter of 18 mm and its "exposed" central part, which remains free after the application of the elastomeric seal 79 on the shoulder 78 by the tightening effect of a rigid tightening ring 81 , then had a diameter of 10 mm.
  • the simple temperature sensors 55 and differential (heated) 52 are also deposited by screen printing and fixed by baking at 900 ° C. on the flat outer surface of the support 80 in the "exposed” area. 10 mm in diameter, at a distance from each other, but at a distance of less than 10 mm, which is however sufficient to show the heating effect on the differential sensor 52.
  • the active resistance 56a (subjected to tensile or compressive stresses) of the strain gauge 56 is generally placed in the center of the exposed area where the maximum flexural stresses exist on the ceramic support 80 of approximately 1 mm d thickness, pinched over its entire periphery by the rigid ring 81 screwed for example into a threaded bore of the passage 77.
  • the connecting wires of the electrical resistances of the sensors deposited on the support 80 are housed in a sheath 82 at the outlet of the modular detection element 50 and they terminate in a coupler 83 ensuring, in a withdrawable manner, the connection interface with cables 60a, 64a to the minimum flow detector 10a, with the cable 61a to the liquid temperature detector 10b and with the cables 62a for detecting the discharge pressure.
  • the modular detection element 50 is generally produced in the form of a short, removable block which can be inserted into the discharge line 68, 69 by flanges or else can be screwed onto corresponding end pieces of the discharge pipe, the connection to the electrical control member 10 being effected by the withdrawable coupler 83.
  • the large wall thickness of the section 70 makes it possible to use, for this section, a block of inexpensive molded plastic material which withstands the temperatures of hot water in a central heating circuit without damage.
  • the circuits of FIGS. 7 and 8 are, of course, applicable (in a miniaturized form) on the support 80 with a diameter of 15 to 30 mm shown in FIG. 9.
  • the modular element 50 which forms an interchangeable block up to the withdrawable coupler 83 may include, in certain applications, a support 80 removable to the coupler 83. In the event of failure of the electrical and / or electronic circuits mounted on the support 80, this is then extracted after unscrewing or removing the ring 81 and is replaced by another support 80 cooperating with the peripheral elastomer seal 79. Given the fragility of the measurement resistors 52 to 56 and the difficulties in coupling them to the pump control member 10, most applications however provide for the complete exchange of the modular detection element 50 with its pipe section 70.
  • the control devices of a pumping installation delivering on a network or else controlling the level of a capacity filled or emptied by the pump can use the modular detection element 50 fixed on a discharge pipe and connected to a electric control 10 or else the modular block consisting of the pipe section 70 permanently carrying the modular block 50 detachably connected to the control member 10, to replace the device 11 shown in FIG. 1.
  • the method and the device for controlling a pumping installation according to the invention, as well as the modular detection element which relates thereto, have been illustrated for a pump driven by a electric motor, which is the most common case, but they can, of course, be applied to pumps driven by other motors, such as heat engines.

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Description

  • La présente invention a pour objet un élément modulaire de détection du débit et de la pression dans une conduite de liquide, comportant un support destiné à être placé au contact thermique du fluide, et sur lequel sont fixés un premier capteur de température à résistance électrique variable en fonction de la température, un deuxième capteur de température à résistance électrique variable en fonction de la température disposé à distance du premier capteur, et un élément chauffant, lesdits deux capteurs de température et le dit élément chauffant étant reliés chacun à au moins un organe de commande électrique et/ou électronique.
  • Les asservissements pression-débit de la marche des pompes sont bien connus. Ils consistent en général à utiliser un principe d'asservissement selon lequel:
    • la pompe est mise en marche lorsque la pression d'utilisation ou du réseau devient inférieure à une valeur de seuil;
    • la mise en marche est confirmée à condition que l'on constate l'apparition d'un débit de refoulement après un délai de temporisation prédéterminé; et
    • la pompe est arrêtée lorsque le débit de refoulement devient inférieur à une valeur prédéterminée correspondant normalement à un quasi-équilibre entre la pression du réseau alimenté par la pompe et la pression maximale de refoulement de la pompe.
  • Malheureusement, ce principe d'asservissement s'accommode mal de l'utilisation des types de pompe les plus performants qui présentent soit des rendements excellents, soit une très grande résistance en cas de passage des particules solides, car ces types de pompe performants sont en général dotés d'une caractéristique pression-débit très plate. En d'autres termes, lorsque de telles pompes atteignent leur pression totale de refoulement maximale, leur débit est instable et varie considérablement pour de très faibles variations de la pression de refoulement. L'arrêt de sécurité de telles pompes doit donc s'effectuer dès que la pompe n'atteint pas un débit minimal, sous peine de voir la pompe subir de graves dégradations par suite de la rotation du rotor de pompe sans écoulement de liquide.
  • On connaît déjà un dispositif de commande de ce genre pour des pompes, dans lequel on surveille la mise à l'ouverture du clapet de refoulement de la pompe et on arrête la pompe après un délai de temporisation au démarrage si le clapet de refoulement ne s'ouvre pas. Un tel dispositif ne peut pas être utilisé lorsqu'il n'existe pas de clapet de refoulement ou lorsque celui-ci n'est pas accessible et, d'une manière générale, lorsqu'il est nécessaire de ne pas induire de pertes de charge supplémentaires dans la conduite de refoulement du fait de l'installation d'un système de régulation de la marche de la pompe. L'expérience a également montré que le maintien de l'ouverture du clapet de refoulement ne constitue pas un critère absolu de refoulement de la pompe. En effet, les clapets de refoulement de pompe, lorsqu'ils sont encrassés ou corrodés après une longue durée de marche de la pompe, tendent à présenter une très forte hystérésis et à rester en position d'ouverture aussi longtemps qu'un débit opposé au refoulement ne se manifeste pas, ce qui conduit à maintenir en position de marche des pompes d'évacuation après la vidange du ou des bassins qu'elles contrôlent et donc à la dégradation rapide des pompes ainsi régulées.
  • On a proposé selon FR-A-828 814, pour détecter un débit minimal de refoulement d'une pompe, d'utiliser un détecteur de débit à palette immergée partiellement dans la conduite de refoulement mais ne provoquant que de faibles pertes de charge pour le débit normal de refoulement. Un tel détecteur est couplé à une installation de démarrage du moteur électrique de la pompe qui coupe l'alimentation électrique de la pompe si un débit suffisant de la pompe ne s'établit pas après un délai de démarrage. De tels dispositifs électromécaniques nécessitent une traversée étanche mobile de la conduite de refoulement. L'étanchéité d'une telle traversée mobile est susceptible de se dégrader dans le temps et ces dispositifs électromécaniques sont, par ailleurs, très sensibles à l'encrassement, surtout si la pompe véhicule des liquides chargés.
  • Le document US-A-4,255,968 décrit un élément modulaire de détection du débit dans une conduite de liquide, présentant les caractéristiques du préambule de la revendication 1; l'élément de détection du débit de ce document comporte un support destiné à être placé au contact thermique du fluide, et sur lequel sont fixés un premier capteur de température à résistance électrique variable en fonction de la température, un deuxième capteur de température à résistance électrique variable en fonction de la température disposé à distance du premier capteur, et un élément chauffant, lesdits deux capteurs de température et le dit élément chauffant étant reliés chacun à au moins un organe de commande électrique et/ou électronique.
  • Le type d'élément décrit dans ce document ne permet pas de capter la pression régnant dans la conduite de liquide.
  • La présente invention se propose de remédier aux inconvénients des systèmes de régulation connus des pompes, en utilisant des détecteurs de pression et de débit minimal de sécurité qui ne pénètrent pas dans la conduite de refoulement de la pompe et qui soient ainsi plus fiables et plus fidèles que les détecteurs utilisés jusque là, tout en étant plus sensibles.
  • Compte tenu de ce but de fiabilité et de fidélité, le problème à la base de l'invention est la détection non seulement du débit régnant dans une conduite de liquide, mais aussi de la pression. La connaissance du débit et de la pression s'avère utile pour la commande de pompes.
  • Pour résoudre ce problème, l'invention propose un élément modulaire de détection du débit et de la pression du type précité, qui comprend en outre au moins un capteur de pression à jauge de contrainte électrique fixé sur le support et reliée à au moins un organe de commande électrique et/ou électronique.
  • D'autres caractéristiques possibles de l'invention apparaissent dans les revendications dépendantes.
  • D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé dans lequel:
    • la figure 1 représente schématiquement la conduite de refoulement d'une pompe équipée d'un dispositif de commande à palette de détection de débit d'un type partiellement connu;
    • la figure 2 représente le diagramme pression-débit des pompes utilisées en combinaison avec le dispositif de commande de la figure 1 et les dispositifs de commande de pompe selon l'invention;
    • la figure 3 représente schématiquement un système capteur de débit minimal de refoulement de pompe, complètement extérieur à la conduite de refoulement et utilisant un élément chauffant, selon un premier mode de réalisation du dispositif de commande de pompe selon l'invention;
    • la figure 4 représente schématiquement une variante du système capteur de débit minimal de refoulement de la figure 3;
    • la figure 5 représente, en coupe schématique, une installation de pompage pour un bassin de rétention, équipée du dispositif de commande selon l'invention;
    • la figure 6 représente schématiquement un élément modulaire de détection de débit minimal et, le cas échéant, de pression et de température instantanées pour une conduite de refoulement de pompe. Cet élément est raccordé et intégré à un dispositif de commande d'installation de pompe selon l'invention et peut être installé sur la conduite de refoulement ou faire partie d'un tronçon amovible de cette conduite de refoulement;
    • la figure 7 représente schématiquement un premier mode de réalisation des circuits électriques montés à l'intérieur de l'élément modulaire de la figure 6;
    • la figure 8 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation des circuits électriques montés à l'intérieur de l'élément modulaire de la figure 6;
    • la figure 9 représente schématiquement un autre mode de réalisation plus compact de l'élément modulaire de la figure 6.
  • On a représenté schématiquement sur la figure 1 un dispositif de régulation de la marche d'une pompe (non représentée), installé sur un tronçon 1 de la conduite de refoulement de la pompe raccordée à un flasque 2 de ce tronçon. Ce dispositif partiellement connu comporte un capteur de pression 3, représenté ici schématiquement par un passage 4 de transfert de pression et par un soufflet 5 portant un plateau de commutation électrique 6 repoussé par un ressort taré 7 à l'encontre de l'effet de la pression de refoulement de la pompe. Des contacts électriques 8 et 9 sont reliés à un organe de commande 10 du moteur électrique (non représenté) de la pompe dans une disposition établissant le circuit électrique aussi longtemps que la pression de la pompe ne dépasse pas une valeur prédéterminée.
  • Le dispositif de régulation 11 de la marche de la pompe comporte un capteur 12 de débit minimal de refoulement de la pompe qui ne provoque pas de perte de charge sensible au cours de la marche de la pompe. Le capteur 12 est relié, par un câble 13 à deux conducteurs, à l'organe de commande 10 du moteur électrique de la pompe, via un organe de temporisation 10' qui ne déclenche l'arrêt éventuel du moteur de pompe qu'après un délai de démarrage de quelques secondes, dans le cas où le circuit du câble 13 n'est pas fermé.
  • Le capteur de débit 12 à grande sensibilité comporte ici une palette 14 montée suspendue oscillante autour d'un axe 15 et qui fait saillie à l'intérieur de la conduite de refoulement 1 lorsqu'aucun débit ne parcourt cette conduite ou lorsque le débit qui traverse cette conduite est très faible. La palette 14 est montée à l'intérieur d'un logement 16 sensiblement en forme générale de segment de cercle s'étendant ici sensiblement sur un huitième de cercle. Afin de permettre également le fonctionnement correct de la palette dans des positions où elle n'est pas disposée verticalement, un ressort 17 peut être disposé en appui sur le logement 16 pour repousser la palette 14 vers la position représentée à la figure 1 lorsqu'elle est sollicitée vers la position 14′, représentée en pointillés, par le débit de refoulement qui s'écoule dans la conduite 1 selon la flèche 18.
  • Lorsqu'un débit important, correspondant au débit normal de refoulement de la pompe, s'écoule selon la flèche 18, la palette 14 est repoussée en appui sur une butée 19 dans la position 14′ et vient pratiquement s'effacer complètement dans le logement 16 en supprimant ainsi la quasi-totalité des pertes de charge supplémentaires provoquées par le capteur de débit 12. La palette 14 est prolongée hors du logement 16 par une lame de contact 20 qui est susceptible d'établir la continuité du circuit électrique entre deux contacts électriques glissants 21 et 22, reliés chacun à un fil distinct du câble conducteur 13. Un boîtier 23 recouvre l'ensemble du capteur de pression 3 et du capteur de débit 12 en laissant traverser, le cas échéant de façon étanche, les câbles de liaison vers l'organe de commande 10 du moteur électrique. Cet organe 10 peut être placé à distance du dispositif de régulation 11 et à proximité du moteur électrique et être relié à un ensemble de régulation complexe, à un ordinateur par exemple, ainsi qu'à des moyens de télésignalisation d'incident.
  • Le fonctionnement du dispositif de régulation de pompe 11 représenté sur la figure 1 est expliqué en relation avec le diagramme de la figure 2 afin de permettre de mieux comprendre le dispositif de commande de pompe selon l'invention qui sera présenté par la suite. Le moteur électrique de la pompe est mis sous tension pour permettre son démarrage lorsque la pression d'utilisation du réseau de liquide sur lequel refoule la pompe est inférieure à une valeur prédéterminée. Cette valeur de pression minimale qui déclenche la mise en marche du moteur est en fait déterminée par le tarage du ressort 7 qui provoque l'appui du plateau de commutation 6 sur les deux contacts 8 et 9 pour établir la continuité du circuit de démarrage du moteur de pompe à l'intérieur de l'organe de commande 10. L'organe de temporisation 10′ est alors excité et assure l'excitation du relais de marche de pompe pendant quelques secondes correspondant à la durée de mise en vitesse du rotor de la pompe. Si le démarrage de la pompe est correct, il s'établit très rapidement un débit de liquide normal selon la flèche 18 et le diagramme de la pression de refoulement de la pompe P en fonction du débit Q s'établit sur la valeur de débit normal QN pour une pression de refoulement PN. Le débit qui s'écoule selon la flèche 18 fait pivoter la palette 14 vers sa position 14′ à l'encontre de l'effort de rappel de la gravité et du ressort de rappel 17. La palette 14 en appui sur la butée 19 s'efface pratiquement du circuit d'écoulement sans provoquer de perte de charge supplémentaire et établit, par la lame de contact 20, la continuité du circuit électrique entre les contacts glissants 21 et 22. Le circuit du câble conducteur 13 maintient alors l'excitation du relais de l'organe de temporisation 10′ et la pompe continue à fonctionner après son démarrage.
  • Lorsque la contre-pression du réseau de liquide augmente, la pompe qui travaillait au point de coordonnée QN-PN sur le diagramme de fonctionnement représenté à la figure 2, tend à déplacer son point de fonctionnement vers les pressions plus élevées. Comme on le voit sur le diagramme de la figure 2, pour une très faible augmentation ΔP de la contre-pression de refoulement, le débit de la pompe s'effondre complètement. Une telle situation correspond par exemple à l'arrêt brutal des consommations sur un réseau d'eau, le débit décroissant qui s'écoule avant l'arrêt complet du débit correspondant étant dû, par exemple, à la dilatation des conduites et réservoirs d'eau sous l'effet de la surpression et à la compressibilité du volume d'eau mis sous pression. Lorsque le débit de refoulement devient inférieur à un débit minimal Qm, la palette 14 sollicitée par la gravité et par le ressort de rappel 17, retombe dans la position de la figure 1, ce qui coupe le circuit entre les contacts 21 et 22 et provoque l'arrêt de sécurité du moteur de la pompe.
  • En cas d'incident au démarrage de la pompe, par exemple si les clapets d'aspiration de la pompe restent collés à la fermeture ou obturés par des matières solides, le débit minimal Qm ne s'établit pas et, après le délai de temporisation de démarrage de l'organe de temporisation 10′, la mise sous tension du moteur de la pompe est interrompue et un signal d'alerte ou d'incident est déclenché.
  • Le dispositif électromécanique de commande de pompe qui vient d'être décrit fonctionne correctement à l'état neuf mais il s'est révélé très sensible à l'encrassement et à la corrosion. Pour éviter cet inconvénient, on a d'abord remplacé le capteur de débit à palette 12 ne provoquant pas de pertes de charge sensibles au cours de la marche de la pompe par un capteur de débit statique, fonctionnant par exemple selon le principe des jauges de contrainte à mesure électrique et/ou électronique. Dans certaines installations de pompage d'un fluide à température peu variable, tel que de l'eau potable, on propose, selon l'invention, d'utiliser un capteur de débit plus simple et plus fiable, fonctionnant par dissipation thermique. Un tel capteur représenté schématiquement sur les figures 3 et 4 ne présente aucune entrée sur le circuit de fluide qui soit susceptible d'induire une fuite ou une corrosion. Ces capteurs de débit à dissipation thermique sont constitués d'un élément chauffant A à puissance thermique sensiblement constante et comportant une résistance électrique alimentée par un circuit 25 dégageant une puissance thermique sensiblement constante et qui est appliquée sur la paroi extérieure métallique du tuyau de refoulement de la pompe, par exemple à l'aide d'un collier 24 entourant la conduite de refoulement 1. Deux organes de mesure (ou capteurs) de température B et B′ sont disposés sur ladite paroi extérieure, respectivement un premier organe B à distance de l'élément chauffant A par rapport au sens d'écoulement 26 du liquide à l'intérieur du tuyau métallique 1 de refoulement de la pompe et un deuxième organe B′, placé à l'aval ou à l'amont mais à proximité de l'élément chauffant A, pour mesurer le chauffage de proximité provoqué par cet élément chauffant A.
  • Grâce à cette disposition de l'élément chauffant A et des deux organes B, B′ de mesure de la température, lorsque le débit de refoulement de la pompe est important, la dissipation de la chaleur apportée par l'élément chauffant, par l'intermédiaire du fluide refoulé par la pompe, est importante et l'écart entre les température mesurées par le premier B et le deuxième B′ organes de mesure de température est faible. Par contre, lorsque le débit de refoulement de la pompe est faible ou nul, la chaleur fournie par l'élément chauffant A ne se dissipe que lentement et sur une grande surface autour de cet élément chauffant et la différence entre la température mesurée par le premier organe B et celle mesurée par le deuxième organe de mesure B′ devient importante, ce qui indique le non-établissement du débit de refoulement normal de la pompe.
  • Le premier organe de mesure de température B peut, pour des conduites de refoulement de diamètre important, être diamétralement opposé à l'élément chauffant, comme représenté en pointillés sur la figure avec l'indice (B), ce qui permet de réduire l'encombrement selon l'axe de la conduite de refoulement de la pompe, des capteurs extérieurs rapportés par des colliers ou d'autres moyens sur cette conduite. Les organes de mesure de température B, B′ peuvent être de tout type, notamment être constitués par des résistances à coefficient de température négatif ou positif qui présentent l'avantage de bien s'intégrer dans le système de détermination du débit minimal. L'élément A à résistance électrique (de faible puissance, par exemple 3 W) peut être isolé thermiquement de l'ambiance extérieure et appliqué directement au contact de la paroi de la conduite de refoulement.
  • On remarque également sur la figure 3 que le second capteur B′ est placé à l'amont de l'élément chauffant A par rapport au sens d'écoulement normal 26 dans cette conduite. Ceci a pour conséquence que, dès qu'un faible débit de refoulement se manifeste dans la conduite de refoulement 1, la surface de la conduite 1 au voisinage du capteur B′ est refroidie par l'écoulement (en principe encore laminaire) du liquide refoulé par la pompe. On suppose bien entendu que la conduite de refoulement 1 est métallique, par exemple en acier, et présente une faible épaisseur, ce qui lui assure une bonne conductibilité thermique vers l'extérieur. Une telle disposition du capteur B′ convient donc particulièrement pour capter de faibles débits de refoulement. Si le liquide refoulé par la pompe est plus chaud que la conduite de refoulement 1, ce qui peut être le cas par exemple dans les installations de chauffage central, l'indication de l'établissement d'un débit de refoulement est temporisée de la durée nécessaire pour chauffer la surface extérieure de la conduite de refoulement au niveau du premier capteur B. Inversement, sur la figure 4, le capteur B′ est placé en aval de l'élément chauffant, ce qui a pour effet, pour des faibles débits de refoulement (avec un écoulement en principe laminaire et non turbulent), d'amener à l'intérieur de la conduite 1, à l'opposé du second capteur B′, du fluide chauffé par l'élément chauffant A et retarde donc le refroidissement du deuxième capteur B′ jusqu'à l'établissement d'un régime de refoulement turbulent ou rapide (pour des fluides très visqueux, le régime laminaire persiste jusqu'à des débits importants). Le système de capteurs selon la figure 4 est donc à même d'assurer qu'un régime de refoulement franc s'est établi à la sortie de la pompe.
  • Lorsque la pompe est susceptible de refouler un liquide chaud (cas du chauffage central par exemple) sur une conduite de refoulement 1 froide, les délais de temporisation pour l'égalisation des températures mesurées par les capteurs B et B′ sont moindres dans le système de la figure 4 que dans le système représenté sur la figure 3. On court par contre le risque, en cas d'établissement d'un très faible débit de refoulement, de voir le premier capteur B réchauffé, par le fluide refoulé chaud, à la température du deuxième capteur B′ avant que celui-ci ne soit influencé par la température du liquide chaud refoulé. on peut en conclure que le système de capteur de débit minimal représenté à la figure 4 est préférable lorsque la pompe ne risque pas de refouler du liquide chaud prenant la place d'un liquide froid, auquel cas, il est préférable d'utiliser le système représenté à la figure 3.
  • Les informations électriques ou électroniques (impulsions, tensions, etc.) des deux capteurs de température B et B′ sont transmises à un circuit électrique et/ou électronique de comparaison 27 qui transmet au dispositif de commande de l'installation de pompage une information d'établissement ou de non-établissement du débit analogue à celle transmise par le câble 13 représenté à la figure 1.
  • La figure 5 représente l'application du dispositif de commande de pompe à la régulation de niveau d'un bassin 30 susceptible de recevoir des matières solides en suspension dans un liquide 31 à évacuer ou à refouler et qui peut être, dans le pire des cas, un liquide aussi agressif que du lisier ou du liquide de vidange. La pompe d'évacuation 32 est immergée au fond du bassin 30 et est ici entraînée par un moteur électrique monté par exemple accessible au-dessus d'un couvercle 34 du bassin, son rotor étant relié au moteur par un arbre vertical 35. Afin de parer le mieux possible aux risques d'obstruction, la pompe d'exhaure 32 est montée sans clapet d'aspiration et est, par exemple, posée sur le fond du bassin 30, selon son axe vertical, par une crépine d'aspiration en couronne 35 munie d'ouvertures de grande section 35'. La conduite de refoulement 36 de la pompe est, par exemple, raccordée de façon amovible à un circuit de refoulement 37 monté à demeure et de section importante, c'est-à-dire ne risquant pas l'obturation par des matières solides enchevêtrées.
  • Sur le circuit de refoulement, est monté, à l'extérieur de façon étanche et fiable, un capteur de pression 38 relié à un organe de commande 39 du moteur de pompe 33. Un clapet de refoulement, notamment un clapet de refoulement simplifié à rappel par gravité tel qu'un clapet à boule 40 peut être prévu sur le circuit de refoulement 37 à l'amont d'une conduite de déversement 41 vers une évacuation (à l'égout ou vers des citernes de vidange). Un regard amovible 42 permet par exemple d'accéder au clapet à boule 40 pour procéder à son entretien.
  • La pompe 32 ne comportant pas de clapet(s) d'aspiration, le liquide du bassin 30 la traverse librement et le niveau N du bassin se retrouve pratiquement inchangé dans le circuit de refoulement 37. Le capteur 38, qui est par exemple un capteur statique étanche et de précision, est en fait capable, en mesurant la pression régnant dans le circuit 37, d'indiquer le niveau du bassin 30 lorsque la pompe 32 ne fonctionne pas. L'organe de commande 39 du moteur 33 de la pompe peut être associé à un circuit logique 42' qui est susceptible d'adresser, par un câble 43, un signal d'alerte lorsque, pendant une période d'arrêt du moteur 33, la pression au capteur 38 dépasse celle correspondant au niveau normal N.
  • On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de commande de pompe associé au bassin de rétention 30. Lorsque le niveau du liquide 31 dans le bassin de rétention dépasse le niveau normal N, le capteur de pression 38 indique à l'organe de commande 39 du moteur de pompe 33 le dépassement d'une première valeur de seuil, ce qui provoque le démarrage du moteur à travers un relais temporisé 44. Ce relais temporisé 44 constitue un circuit de sécurité qui provoque l'arrêt du moteur de pompe 33 en position de sécurité (à réitération uniquement manuelle) ou d'alerte lorsque, après l'expiration du délai de temporisation (une dizaine de secondes par exemple) au démarrage du moteur 33, la pression au capteur 38 dans le circuit de refoulement 37, en amont du clapet à boule 40, n'atteint pas une troisième valeur de seuil correspondant à la pression de refoulement normale de la pompe, cette troisième valeur de seuil étant nettement supérieure à celle correspondant au niveau normal N, par suite des pertes de charge. Une deuxième valeur de seuil est constituée par une valeur de la pression au capteur 38 qui est très faible, c'est-à-dire voisine de la pression atmosphérique.
  • Lorsque le bassin de collecte 30 est presque complètement vidé, des bouffées alternées d'air, de matières liquides et parfois de matières quasi-solides ou visqueuses, sont aspirées à travers les ouvertures d'aspiration 35 et sont refoulées par le rotor de la pompe à travers le clapet à boule 40 en une émulsion qui se déverse à la sortie 41' de la conduite 41, jusqu'au moment où la pression chute brusquement dans le circuit de refoulement 37 par suite d'un excès d'air conduisant à la décohésion de l'émulsion. La poursuite du fonctionnement de la pompe 32 conduirait alors à un grippage des paliers de celle-ci mais, heureusement, le capteur 38 enregistre une pression nulle ou négative (après la fermeture du clapet à boule 40, la chute de l'émulsion peut provisoirement mettre le haut du circuit de refoulement 37 en dépression) qui, d'une part, accélère et confirme la fermeture du clapet à boule 40 et, d'autre part, conduit au dépassement par des valeurs nulles ou négatives de pression, de la deuxième valeur de seuil de pression, provoquant l'arrêt du moteur de la pompe.
  • La pompe est alors maintenue à l'arrêt puis, au fur et à mesure du remplissage du bassin 30, le niveau de ce dernier se transmet à travers la pompe au circuit de refoulement 37 pour venir à nouveau solliciter le capteur de pression 38 lorsqu'il atteint celui-ci. Grâce au circuit de commande et de régulation de pompe selon la figure 5, il est possible d'utiliser un seul capteur de pression 38 monté à demeure et de façon étanche sur le circuit de refoulement 37. Le nombre de capteurs doit en effet être le plus réduit possible car ceux-ci sont toujours onéreux à installer et à entretenir en bon état de marche et de précision, à la fois pour surveiller le niveau du bassin et le fonctionnement de la pompe en refoulement. Dans le cas où le bassin 30 ne serait destiné à contenir que des liquides peu ou pas chargés en produits solides, pour surveiller l'établissement de la pression de refoulement de la pompe, il serait possible d'utiliser les systèmes de capteurs de débit représentés aux figures 3 et 4 pour assurer le démarrage de sécurité de la pompe.
  • En plus du capteur de pression 38, on peut utiliser pour le capteur de niveau N d'un bassin de collecte ou de réserve des capteurs de tout type, électro-mécanique ou purement électrique ou électronique. Un type de capteur qui s'est révélé présenter une grande fiabilité pour des équipements de pompage selon l'invention est constitué par une résistance électrique 45 dont la valeur est nettement variable en fonction de la température et qui est logée par exemple dans un tube de protection 46 ouvert aux deux extrémités pour permettre la libre montée du liquide à l'intérieur du tube. La résistance 45 est disposée juste au niveau N souhaité pour le liquide et est maintenue à une température supérieure à l'ambiante par un circuit électrique à réglage électronique annexe ou à autorégulation. La résistance électrique 45 peut être alimentée en basse tension et être susceptible de venir en contact direct avec le liquide refoulé par la pompe si celui-ci n'est pas très conducteur, ou bien elle est protégée dans une gaine isolante qui assure néanmoins un refroidissement énergique lorsque la résistance 45 est immergée dans le liquide. La valeur de la résistance est nettement différente lorsqu'elle se trouve dans l'air (niveau du réservoir 30 inférieur au niveau N par exemple) ou dans un liquide tel que l'eau qui provoque une intense dissipation thermique. L'écart de la valeur de la résistance à la température ambiante par rapport à la valeur chaude de cette résistance, est contrôlé par un système de détection de niveau relié à la résistance 45 par un câble 47 et qui n'utilise pas de pièces mobiles susceptibles d'être bloquées par la corrosion ou par le liquide chargé en débris et qui est pompé par l'installation. Un capteur de niveau à résistance électrique chauffée, immergée ou non dans le liquide refoulé par la pompe, selon que le niveau de consigne est atteint ou non, peut être appliqué à tous les dispositifs de commande d'une installation de pompage qui viennent d'être décrits et aux dispositifs de régulation de niveau de tout type.
  • On a représenté sur la figure 6 un élément modulaire de détection de débit minimal de liquide dans une conduite de refoulement, cet élément modulaire pouvant remplacer les montages des figures 3 et 4 utilisant des résistances thermométriques séparées mises en place sur la conduite de refoulement de la pompe et reliées à des circuits électriques et électroniques de comparaison et d'excitation.
  • L'élément modulaire de détection 50 représenté à la figure 6 est réalisé à partir d'un support en céramique 51, par exemple une membrane relativement flexible du fait de sa faible épaisseur et sur laquelle sont déposées par tout moyen adéquat, notamment par sérigraphie suivie d'une cuisson, des résistances électriques fortement variables avec la température, à coefficient de température positif ou négatif selon les cas, et qui sont destinées à servir d'organes de mesure électrique et/ou électronique de température. La membrane 51 est logée dans un boîtier d'interface 49 réalisé en un matériau électriquement isolant et est maintenue en position avant le montage de l'élément modulaire par un couvercle de boîtier non représenté sur la figure 6.
  • La membrane 51 porte ainsi des résistances de mesure de température 52, 53, 54, 55 qui peuvent être fixées et intégrées à demeure sur la membrane par cuisson à des températures pouvant atteindre 900°C. Par ailleurs, des résistances de mesure de contrainte ou jauges de contrainte 56 sont déposées ou collées respectivement sur le boîtier d'interface 49 et sur la membrane 51. On peut reconnaître sur le schéma de la figure 7 des résistances électriques 56a, 56b, 56c, 56d alimentées sous une tension continue +/- par groupes de deux pour constituer une jauge de contrainte dont par exemple les résistances 56b à 56d sont fixées sur le boîtier d'interface 49 tandis que la résistance 56a est fixée sur la membrane en céramique 51 pour subir les contraintes de surface d'une conduite de refoulement 57. A proximité ou autour de la résistance de mesure de température 52, est disposée une résistance électrique de chauffage 58 du même genre que l'élément chauffant A, c'est-à-dire de faible puissance (de 3 à 4 W), et qui est alimentée selon le schéma de la figure 7 par une source de courant continu +/-.
  • A sa partie extérieure en service, le boîtier d'interface 49 est fermé, de préférence de façon étanche, par une plaque isolante 48 placée à distance de la membrane 51 et qui porte des broches ou bornes de raccordement électrique correspondant notamment aux résistances de mesure fixées dans le boîtier d'interface 49. On reconnaît une broche 59 de mise à la masse, la broche 60 de la résistance 55, les broches 61 de la résistance 54, les broches 62 de l'alimentation des résistances 56a à 56d et de leur prélèvement de tension en pont, la borne 63 d'une résistance de mesure de température non utilisée, la borne 64 de la résistance 52 et les bornes 65 de l'alimentation en courant continu (notamment des résistances 55 et 52 et de la résistance de chauffage 58). Les bornes 59 à 62 et 64, 65 sont reliées par des câbles 59a, 60a, 61a, 62a, 64a, 65a à un organe de commande électrique 10 d'une pompe refoulant sur la conduite 57.
  • Les liaisons avec l'organe de commande électrique 10 s'effectuent de préférence par l'intermédiaire de détecteurs électroniques d'interface, respectivement: 10a pour détecter l'existence d'un débit minima dans la conduite de refoulement 57, 10b pour détecter la température du liquide véhiculé dans la conduite de refoulement et 10c pour détecter la pression de refoulement, c'est-à-dire la pression absolue régnant dans la conduite de refoulement 57. Avant montage, l'élément modulaire de détection 50 contenu dans le boîtier d'interface 49 est protégé du côté de la membrane céramique 51 par un couvercle de protection, non représenté sur la figure 6, et qui est retiré pour la fixation de la membrane sur la surface extérieure de la conduite de refoulement 57. Le boîtier d'interface 49 est fixé également sur la surface extérieure de la conduite 57, par exemple par une ligne de collage latérale 66. On remarque sur la figure 6 que la liaison entre une résistance de détection 51 à 56 et la borne correspondante fixée à la plaque isolante 48 est réalisée par un fil souple (voir le fil souple 67 pour la borne 60, à l'intérieur du boîtier d'interface 49).
  • Selon un autre mode de réalisation de l'élément modulaire de détection 50, celui-ci est fixé par sa membrane céramique 51 et, le cas échéant, par son boîtier d'interface 49 à un tronçon de conduite 70 susceptible d'être inséré de façon étanche entre deux parties 68 et 69 de la conduite de refoulement d'une pompe (non représentée) afin d'assurer la continuité de la conduite de refoulement. Le tronçon de conduite 70, équipé de son élément modulaire de détection 50 fixé de façon amovible ou fixé à demeure sur la partie de conduite centrale d'épaisseur plus réduite, constitue ainsi un bloc détecteur amovible complet qui peut être inséré sur une conduite de refoulement ne convenant pas pour la mesure de débit minimal et, le cas échéant, de la température et de la pression, par exemple parce qu'elle présente une épaisseur trop importante ou bien est réalisée en un matériau isolant thermique (béton armé, métal isolé, matière synthétique, etc.).
  • Le tronçon de conduite insérable 70 représenté à la figure 6 comporte, à chacune de ses extrémités, des flasques de montage 71 et 72 munis de moyens d'étanchéité tels qu'un joint torique 73, 74 et destinés à coopérer par l'intermédiaire de vis d'assemblage 68a, 69a avec des flasques correspondants ménagés à chacune des extrémités des parties de conduite de refoulement 68, 69.
  • Entre les flasques de montage, est ménagée la partie de conduite de refoulement 57 métallique, par exemple en un métal bon conducteur de la chaleur tel qu'un alliage d'aluminium, qui prend rapidement la température du liquide en transit dans la conduite de refoulement. La partie de conduite 57 présente une épaisseur réduite, assurant néanmoins une résistance suffisante à la pression de refoulement mais qui fait apparaître des contraintes et donc des déformations électriques, significatives à la surface extérieure de la conduite sous l'effet de la pression de refoulement. L'épaisseur réduite permet en outre une transmission rapide de la température du liquide refoulé par la pompe à la surface extérieure de la conduite 57 sur laquelle sont collées, par l'intermédiaire de la membrane céramique mince de support 51, les résistances 52 à 55 sensibles à la température et/ou aux déformations provoquées par les contraintes de surface.
  • Selon un premier mode de réalisation des circuits électriques montés à l'intérieur de l'élément modulaire, les résistances de mesure de température différentielle 52 (résistance chauffée) et 55 auxquelles sont affectés les indices respectifs T1 et T2, sont alimentées par une source de courant continu 65 servant également au chauffage, par l'intermédiaire de résistances d'ajustement correspondantes RT1 et RT2. Un capteur de la tension différentielle VS2 entre les bornes 64 et 60 permet d'adresser au détecteur extérieur de débit minimal 10a une tension qui est, en principe, directement proportionnelle à l'écart de température T1-T2 entre les températures T1 et T2 et qui permet, par ajustement de seuil, de détecter le débit minima de refoulement admissible pour la pompe après démarrage. Pour un débit important dans la conduite de refoulement 57, la puissance thermique de la résistance de chauffage 58 est presque complètement dissipée dans le liquide refoulé et le signal de sortie aux bornes 60, 64 est très faible. Le signal de sortie sur les bornes 61 permet de connaître à tout instant la température à la surface extérieure de la conduite 57 et d'agir éventuellement lorsque cette température est trop élevée, ce qui indique une température exagérée du fluide refoulé par la pompe.
  • Le pont de mesure de la pression de refoulement du liquide dans la conduite 57 est réalisé à l'aide des résistances 56 auxquelles sont ajoutés, le cas échéant, des éléments de compensation en température: une résistance RP montée en parallèle à la résistance 56c, une résistance RS en série avec la résistance 56a et, si nécessaire, une résistance RM montée entre les deux points milieux des deux branches du pont de mesure. Les résistances de compensation en température sont nécessaires si la température à la surface de la conduite 57 est susceptible de varier dans de grandes amplitudes. Le signal de sortie VS1 capté aux bornes 62 est adressé au bloc détecteur de pression 10c.
  • Le deuxième mode de réalisation des circuits électriques de l'élément modulaire 50, représenté à la figure 8, diffère de celui de la figure 7 essentiellement en ce qu'il comporte, pour la mesure du débit minimal, un pont double de résistances qui permet de mesurer avec une plus grande sensibilité des variations différentielles de température de capteur provoquées par le débit de refoulement dans la conduite 57. Dans le circuit de la figure 8, deux résistances de mesure de température 52 et 75 (notées T1, T4) sont chauffées simultanément par une résistance de chauffage commune 58′ et sont alimentées par une source de courant continu +/- (bornes 65) en série chacune avec une résistance de mesure de température non chauffée respective 76 et 55. La tension différentielle captée est ainsi fonction des écarts de température T1.T2-T3.T4 et permet de mieux repérer la surchauffe relative des résistances chauffées 52 et 75.
  • Le montage des circuits électriques de l'élément modulaire 50 selon le schéma de la figure 8 est utile, en particulier lorsque le fluide circulant dans la conduite de refoulement 57 (par exemple de l'eau chaude de chauffage), est susceptible d'être très chaud par rapport à l'ambiante.
  • Dans le mode de réalisation représenté à la figure 9 où les éléments remplissant les mêmes fonctions qu'à la figure 6 portent les mêmes numéros de référence, l'élément modulaire de détection 50 est intégré étroitement à un tronçon de conduite 70 qui, comme le tronçon 70 de la figure 6, vient s'insérer de façon étanche entre deux parties 68, 69 de la conduite de refoulement d'une pompe (non représentée). Le tronçon 70 peut, par exemple, être réalisé en matière plastique moulée (usinée pour les petites séries) de forte épaisseur pour recevoir le support de capteurs selon l'invention.
  • Un passage 77 est ménagé perpendiculairement à la paroi du tronçon de conduite en formant un épaulement annulaire 78 sur lequel vient s'appliquer le bord (revêtu d'un joint élastomère 79) d'un support 80 de forme générale plane (et ici circulaire) pour les capteurs: de température 55, de température différentielle 52 pour la mesure du débit minimal et de contrainte (jauge de contrainte non représentée) à résistances électriques. Le support 80 est constitué de préférence par un disque de céramique relativement mince (épaisseur de l'ordre de 1 mm) qui conduit bien la chaleur et qui présente un diamètre compris de préférence entre 15 et 30 mm. Un support avantageux s'est révélé présenter un diamètre de 18 mm et sa partie centrale "exposée", restée libre après l'application du joint élastomère 79 sur l'épaulement 78 par l'effet de serrage d'une bague de serrage rigide 81, présentait alors un diamètre de 10 mm. Les capteurs de température simple 55 et différentiel (chauffé) 52, pratiquement identiques à ceux représentés à la figure 6, sont également déposés par sérigraphie et fixés par cuisson à 900°C sur la surface plane extérieure du support 80 dans la zone "exposée" de 10 mm de diamètre, à distance l'un de l'autre, mais à une distance inférieure à 10 mm qui suffit cependant pour faire apparaître l'effet de chauffage sur le capteur différentiel 52.
  • La résistance active 56a (soumise à des contraintes de traction ou de compression) de la jauge de contrainte 56 est en général placée au centre de la zone exposée où existent les contraintes maximales de flexion sur le support 80 en céramique d'environ 1 mm d'épaisseur, pincé sur toute sa périphérie par la bague rigide 81 vissée par exemple dans un alésage fileté du passage 77.
  • Les fils de liaison des résistances électriques des capteurs déposées sur le support 80, sont logés dans une gaine 82 à la sortie du l'élément modulaire de détection 50 et ils aboutissent à un coupleur 83 assurant, de façon débrochable, l'interface de liaison avec les câbles 60a, 64a vers le détecteur de débit minimum 10a, avec le câble 61a vers le détecteur de température du liquide 10b et avec les câbles 62a de détection de la pression de refoulement.
  • L'élément modulaire de détection 50, tel que représenté à la figure 9, est en général réalisé sous la forme d'un bloc amovible de faible longueur qui peut être inséré sur la conduite de refoulement 68, 69 par des flasques ou bien peut être vissé sur des embouts correspondant de la conduite de refoulement, la liaison vers l'organe de commande électrique 10 s'effectuant par le coupleur débrochable 83. La forte épaisseur de paroi du tronçon 70 permet d'utiliser, pour ce tronçon, un bloc de matière plastique moulé peu onéreux, qui supporte sans dommage les températures d'eau chaude d'un circuit de chauffage central. Les circuits des figures 7 et 8 sont, bien entendu, applicables (sous une forme miniaturisée) sur le support 80 de 15 à 30 mm de diamètre représenté sur la figure 9.
  • L'élément modulaire 50 qui forme un bloc interchangeable jusqu'au coupleur débrochable 83 peut comporter, dans certaines applications, un support 80 amovible jusqu'au coupleur 83. En cas de défaillance des circuits électriques et/ou électroniques montés sur le support 80, celui-ci est alors extrait après dévissage ou dépose de la bague 81 et est remplacé par un autre support 80 coopérant avec le joint périphérique en élastomère 79. Compte tenu de la fragilité des résistances de mesure 52 à 56 et des difficultés pour les coupler à l'organe de commande de pompe 10, la plupart des applications prévoient cependant l'échange complet de l'élément modulaire de détection 50 avec son tronçon de conduite 70.
  • Les dispositifs de commande d'une installation de pompage débitant sur un réseau ou bien contrôlant le niveau d'une capacité remplie ou vidée par la pompe peuvent utiliser l'élément modulaire de détection 50 fixé sur une conduite de refoulement et relié à un organe de commande électrique 10 ou bien le bloc modulaire constitué du tronçon de conduite 70 portant à demeure le bloc modulaire 50 relié de façon amovible à l'organe de commande 10, pour remplacer le dispositif de régulation 11 représenté à la figure 1. Le procédé et le dispositif de commande d'une installation de pompage selon l'invention, ainsi que l'élément modulaire de détection qui s'y rapporte, ont été illustrés pour une pompe entraînée par un moteur électrique, ce qui constitue le cas le plus courant, mais ils peuvent, bien entendu, s'appliquer à des pompes entraînées par d'autres moteurs, tels que des moteurs thermiques.

Claims (6)

  1. Elément modulaire de détection du débit et de la pression dans une conduite de liquide, comportant un support (51, 80) destiné à être placé au contact thermique du fluide, et sur lequel sont fixés un premier capteur de température (55) à résistance électrique variable en fonction de la température, un deuxième capteur de température (52) à résistance électrique variable en fonction de la température et disposé à distance du premier capteur (55), et un élément chauffant (58), lesdits deux capteurs de température (52, 55) et le dit élément chauffant (58) étant reliés chacun à au moins un organe de commande électrique et/ou électronique (10), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un capteur de pression à jauge de contrainte électrique (56) fixé sur le support (51, 80) et relié à au moins un organe de commande électrique et/ou électronique (10).
  2. Elément modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est fixé par son support (56, 51) et, le cas échéant, un boîtier d'interface (49), sur un tronçon de conduite (70) qui est susceptible d'être inséré de façon étanche entre deux parties (68, 69) de la conduite de liquide afin d'assurer la continuité de cette dernière et est réalisé en un matériau bon conducteur de la chaleur, pour constituer avec ledit tronçon de conduite (70) un bloc intercalaire de détection de débit et, le cas échéant, de température et de pression, du liquide refoulé dans la conduite de liquide (68, 69).
  3. Elément modulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support (51, 57) et, le cas échéant, un boîtier d'interface (49) sont fixés à demeure sur le tronçon de conduite (70) pour constituer un bloc intercalaire amovible de détection de débit, de pression et, le cas échéant, de température, du liquide refoulé dans la conduite de liquide.
  4. Elément modulaire selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le tronçon de conduite (70) comporte deux extrémités d'insertion étanche (71, 72), sur la conduite de liquide (68, 69) et, entre ces deux extrémités, au moins une partie de conduite (57) d'épaisseur réduite susceptible d'être soumise à des contraintes de traction ou ce compression significatives sous l'effet de la pression de liquide et en ce que le dit support (51) est constitué d'une membrane céramique (51) collée ou autrement adhérisée sur la surface extérieure de la dite partie de conduite (57).
  5. Elément modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un tronçon de conduite (70) qui est susceptible d'être inséré de façon étanche entre deux parties (68, 69) de la conduite de liquide afin d'assurer la continuité de cette dernière, et dont la paroi est traversée par un passage (77) qui est obturé transversalement par ledit support (80) de forme générale plane et qui est appliqué de façon étanche par sa périphérie sur un épaulement annulaire d'appui (78) ménagé dans ledit passage, afin de délimiter sur le support (80) une zone centrale qui vient, du côté intérieur, au contact direct du liquide refoulé et qui porte, du côté extérieur, lesdits capteurs (52, 55) et ladite jauge de contrainte à résistance intégrés audit support (80) qui est réalisé en un matériau bon conducteur de la chaleur sous une épaisseur propre à résister dans la zone centrale à la pression de liquide du liquide qui produit néanmoins, sur ladite zone centrale du support, des contraintes de traction et/ou de compression sensibles.
  6. Elément modulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que la périphérie du support (80) porte au moins sur un joint d'étanchéité (79) interposé entre l'épaulement annulaire (78) du passage (77) et le support (80) et en ce qu'une bague de serrage rigide (81) en appui sur le corps du tronçon de conduite (70) presse le support (80) vers l'épaulement.
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