EP0823962B1 - Pompe alternative verticale - Google Patents

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EP0823962B1
EP0823962B1 EP96919862A EP96919862A EP0823962B1 EP 0823962 B1 EP0823962 B1 EP 0823962B1 EP 96919862 A EP96919862 A EP 96919862A EP 96919862 A EP96919862 A EP 96919862A EP 0823962 B1 EP0823962 B1 EP 0823962B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
support
piston
rod
hub
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96919862A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0823962A1 (fr
Inventor
Salah Djelouah
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sorelec
Original Assignee
Sorelec
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Filing date
Publication date
Priority claimed from FR9505415A external-priority patent/FR2738039A1/fr
Priority claimed from FR9510968A external-priority patent/FR2732080B1/fr
Application filed by Sorelec filed Critical Sorelec
Publication of EP0823962A1 publication Critical patent/EP0823962A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0823962B1 publication Critical patent/EP0823962B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
    • F04B53/123—Flexible valves
    • 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
    • F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F04B47/02—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps the driving mechanisms being situated at ground level
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7837—Direct response valves [i.e., check valve type]
    • Y10T137/7838—Plural
    • Y10T137/7839—Dividing and recombining in a single flow path

Definitions

  • the present invention relates to an alternative pump vertical for the dewatering of liquids present in the soil, according to the preamble of the first claim.
  • Known vertical reciprocating pumps intended to pump water, are moved manually. They consist, depending on the depth of the layers, either of stem, either of a drill string, vertical, carrying one or several valve pistons.
  • Known pistons generally consist of a cylinder of a certain length provided at its periphery along one of its edges, notably the edge upper, with a sliding joint in the dewatering tube.
  • This cylinder part is engaged so sliding on a body, for example formed of fins and terminated at its base by a valve.
  • a body for example formed of fins
  • the piston is tight. In otherwise, the liquid can pass through the piston.
  • a device multiple piston pumping in which the piston consists of a cylinder whose bottom has a so-called alveolar structure. This cylinder is fitted on the back and forth motion control rod. Above honeycomb bottom there is a maintained discharge valve bearing against the honeycomb structure by an element tubular. This tubular element passes through the interior of the cylinder and bears against a stop integral with the rod. Below the piston, i.e. the honeycomb bottom of the cylinder, a nut and lock nut is provided for block the assembly.
  • the valve being a wearing part, it gets tired and may require replacement. In this case, it must dismantle the entire piston to access the valve, remove the valve to be changed and install the new one valve. To do this, remove the piston completely of the rod to be able to thread the new valve.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks and proposes to create an alternative pump, simple and reliable construction, allowing to pump efficiently liquids even in slicks with very great depth, with a very regular flow even after extended usage time, and who can maintain or replace in a simple way or which avoids that the valve of the piston or pistons which are above water level when the pump is stopped, do not clog with particles in suspension in water.
  • the invention relates to an alternative pump vertical corresponding to the type defined above, according to the main claim.
  • the pistons are easily mounted / dismounted on the rod or the meeting of the elements constituting a train stem of a pump for a significant depth.
  • the piston structure practically avoids any deposit of solid particles and any clogging the piston valve or the piston itself in its tube, by flushing the piston during operation and the end of a pumping phase.
  • the particular shape of the piston has the advantage of minimize contact with the interior surface of the dewatering tube.
  • valve is made up by a lifting membrane which rests on the support to support the water column, following a interesting feature for operation.
  • valve membrane is cut between its outer edge to the opening for the passage of the rod so as to be able to engage the membrane on the rod without having to put it on it.
  • the diaphragm in the form of a split disc is placed very easily over the support, by simply loosening one of the two nuts holding the support. This operation is done very quickly and there is no need for it remove the support from the rod, i.e. tedious unscrewing.
  • the membrane can also be formed by several partially overlapping sectors.
  • a such an embodiment offers the advantage of simplicity of assembly and disassembly; it constitutes a flexible form, allowing different sectors to partially lift or relative to each other.
  • the piston will have dimensions more or less close to the inner section of the tube dewatering.
  • the vertical reciprocating pump of the invention consists of a base 1 resting on the floor 2.
  • a vertical fountain 3 is integral with the base 1; it has a liquid outlet spout 4 which for example flows into a reservoir 5.
  • This fountain tube 3 is extended at its lower end by a tube dewatering 6.
  • This tube 6 receives a control rod 7 equipped one or more pistons 8 which will be described later.
  • the lower end of the dewatering tube 6 is fitted with a foot valve 9.
  • Rod 7 which can also be a train of rods, i.e. an assembly of fixed rods following the others, depending on the depth of the water table in which one pumps, is controlled in reciprocating motion by a mechanism 10 which is only shown very schematically.
  • This mechanism 10 is carried by an easel 11.
  • the mechanism 10 can be driven either manually or by an animal, either by a heat or electric motor and in the latter case, we can consider a unit autonomous power supply, e.g. batteries charged by solar cells.
  • the reciprocating vertical movement of the rod 7 and pistons 8 first ensures the rise of the column liquid supported by the pistons 8 and the spill a certain amount of liquid in the reservoir 5; then the rod 7 lowers the pistons 8 inside of the liquid column contained in the dewatering tube 6 and retained by the bottom valve 9. Arrived at the end of low stroke, the pistons 8 are raised by the rod 7 and thus raise the column of liquid above each piston. At the same time, the piston above the check valve bottom 9 creates a depression below it. This depression draws liquid through the bottom valve 9 into tube 6. The cycle continues thus.
  • Figures 2 and 3 show the structure of a first example of embodiment of a piston 8, first in Figure 2 the descent position of a piston 8 driven by its rod 7 then in FIG. 3, its ascent.
  • Figure 2 is a partial axial section of the dewatering tube 6 showing the rod 7 or drill string formed a part of rod 71 connected to a part of rod 72 by through a threaded sleeve 74; the lower end 73 of rod 71 is threaded beyond what is necessary for the simple screwing of the sleeve 74 so as to receive the piston 8.
  • This piston 8 fixed between a lower nut 12 and an upper nut 13 consists of a support disc-shaped including an outer ring 81 connected by spokes 82 to an upper hub 83 passed through by rod 71 (or its threaded part 73) and a lower hub 84 also crossed by the rod 71; this lower hub 84 supports the support by legs 85 connected to crown 81.
  • the piston 8 has a valve formed here by a flexible membrane 87.
  • the radial shape of the support allows the passage of liquid (up) in the direction of the arrows A, B, when the piston descends into the liquid column in the dewatering tube 6 as indicated by arrow C.
  • Figure 3 shows the upward movement of the rod 7 (or rod elements 71, 72 in the case of a drill string) identical to that of figure 2, following an upward movement indicated by arrow D.
  • the legs 85 transmit part of the forces applied to the part outside of the support towards the lower hub 84.
  • the outer crown 81 of the support has a beveled edge or a rounded edge, minimizing contact between piston 8 and the inner surface of the dewatering tube 6.
  • This linear contact in a circle and not in a cylindrical surface allows to absorb all deviations or differences alignment for example in curve between the rod 7 and the dewatering tube 6, minimizing friction forces which oppose upward movements.
  • valve 87 lifts so flexible support 81, 82, 83 and allows the liquid to rinse the support, thus avoiding any deposit of particles solids which would affect the tightness of the piston for movement ascent.
  • the section of the dewatering tube 6 and that of the piston 8 is circular without this form being limiting and does not exclude a polygonal shape: hexagonal or square, etc.
  • Figures 4, 5, 6 show more detailed the structure of a piston as described above.
  • Figure 4 shows in section the support with its crown outside 81, a cut branch 82, the collar of the upper hub 83, one cut leg 85 and the other not cut, the intermediate crowns 86 as well as the collar of the lower hub 84.
  • Half of the diaphragm 87 is also shown cut, the other half is not represented.
  • Figure 5 which is a top view corresponding in figure 4, shows half of the membrane 87 and the different parts of the support and in particular the spokes 82 crowns 81, 86 and upper hub 83 leaving between them the intervals for the passage of the liquid to pump.
  • FIG. 6 The exploded view of Figure 6 shows these different parts, namely the diaphragm-shaped valve 87, the support and its constituent parts 81, 82, 83, 84, 85, 86.
  • the piston support is a part made by example in a single part for example plastic molded.
  • the valve 87 is preferably made of a material flexible such as synthetic rubber or material plastic.
  • valve The dimensions of the valve are such that it covers the support holes and comes close to the surface interior of the dewatering tube with at least an interval sufficient to leave a film of liquid along the wall of the tube.
  • valve 87 can be a piece in disc shape which fits on the rod 7, according to the figure 6 it is advantageously split, that is to say that the disc forming the valve 87 is cut along a line 88.
  • This cut line can be the junction line of the two edges of the disc cut.
  • This cut line 88 goes from the outer edge 89 to the hole 90 in the middle of the valve 87 receiving the rod 71 (7).
  • edges of the cut line 88 can also overlap as indicated by the dotted line 91.
  • This line is actually the edge of part of disc coming under the top edge so that both edges of the disc overlap on the corner sector included between lines 88 and 91.
  • This embodiment of the valve makes it possible to replace simply a worn or damaged valve without having to dismantle the medium itself.
  • Figure 7 is an exploded view of a variant piston construction which differs from previous pistons by the particular shape of the valve and the mode of fixing it.
  • This piston variant is distinguished by the shape of the valve made up of four sectors 92, 93, 94, 95.
  • Sector 92 is shown separated from the other sectors represented them, in the assembled position. These sectors can have the same shapes and dimensions and overlap in fish scales. It is also possible, as shown in the variant of figure 7, to place two sectors 93 and 95 first in a diametrically opposite position, on support 81-86 then place the two sectors 92 and 94 over sectors 93 and 95 thus achieving slight overlap represented by dashed lines interrupted. In the case of such a valve, when the piston descends into the water, sectors 92 and 94 above rise before sectors 93 and 95. Sectors 92 cover the angle greater than 1/4 disc so that overlap as shown.
  • the legs 96, 97 and the slot 98 allow place each sector, for example sector 92, on horseback on a radial branch 82 and between the inner crown 83 and the intermediate crown, directly adjacent 86.
  • the first intermediate crown 86 is very close to the upper hub 83, the distance separating these two crowns leaving room for the legs 96, 97.
  • the upper fixing member is installed formed of two halves 99A, 99B each terminated by assembly tabs 100, 101. These two parts 99A, 99B have an inner surface 102, 103 threaded, so that the two pieces come together making up the same continuous thread. These parts are assembled for example by screws not shown as indicated by the broken lines 104.
  • parts 99A, 99B continue by a half-collar 105, 106; these complement each other, when the part is assembled, to form a flange pressing the segments 92-95 against the support of the piston 8 previously placed on the rod.
  • the valve is tulip-shaped, attached near the outer edge of the outer ring 81; the valve opening is then around the stem possibly provided with a lining form a seat for the edge of the valve.
  • the edges of the "petals" of the valve on the side of the opening can be joined by a ring engaged on the rod.
  • the valve in the form of tulip is made up of a single frustoconical membrane fixed by its outer edge, the inner edge bordering the orifice, possibly provided with a ring, surrounding the stem; it can also be fitted with a part forming the shutter seat against which comes lean against the edge of the valve opening.
  • Figures 8 to 10 show another mode of realization of a piston support according to the invention.
  • This support is formed by two parts 200, 201, for example exactly identical, i.e. corresponding substantially to the support of Figure 1, cut by a diametrical plane (passing through the axis of the rod). These two halves will be thus made from the same mold.
  • These two parts 200, 201 are assembled on the rod 7 by an assembly of necklace type. For this, in the upper zone and in the lower area of each part 200, 201, legs complete the pieces to form necklaces.
  • part 200 left consists of an outer crown 81A connected by spokes 82A to a hub 83A or crown interior. It is in fact both for the crown 81A and of crown 83A of a half-crown. It is the same half-crowns 86A intermediate.
  • the “straight” part 201 comprises the same elements as the "left” part 200, with the same references in which the suffix A is replaced by the suffix B.
  • the half-crown 83A is also longer that the thickness of the spokes 82A or of the outer crown 81A so that the legs 108A, 109A are accessible for the assembly of the two parts 200, 201.
  • the lower hub 84A also corresponds to a half-hub extended on each side by lugs 110A, 111A intended to be assembled, always in the manner a collar, with the homologous legs 110B, 111B of the lower hub 84B of the other part 201 (FIG. 10).
  • This figure 10 also shows the primers branches 85A and 85B of the two parts 200, 201.
  • the two parts 200, 201 are arranged on either side of the rod 7. It suffices to assemble them by the legs of the upper collars (these are also partially hidden by the departments 82A, 82B).
  • This embodiment of the support offers double advantage of simpler manufacturing since the mold only corresponds to half the shape of the support. Being given the symmetry, we can use the same mold to perform parts 200, 201.
  • Figure 11 shows the support consisting of two parts 200, 201 similar to the support shown in Figure 9.
  • the legs 85A ... have not been shown.
  • These legs are preferably located in planes other than the junction plane of the two halves 200, 201.
  • the two parts 200, 201 comprise, along the junction plane, ribs 112A, 113B on which pliers are engaged 113, 114.
  • This mode assembly can in some cases be more interesting to join the upper part of the support, preferably to a less accessible screw connection.
  • the parts 200, 201 can be connected by a screw connection or also a clamp connection like that described here.
  • the ribs can be parallel to the axis of the support and slide vertically. To prevent the clamps do not come off under the effect of vibrations they can be locked with a small screw.
  • Figure 12 shows an alternative embodiment support for example like that of Figure 4.
  • This support is completed at its periphery, by a skirt 115 leaving an interval 116 sufficient relative to the wall of the dewatering tube to avoid friction, while creating nevertheless a pressure drop zone to slow down the water flow during pumping.
  • this skirt 115 is located under the support and not on the side of the valve 87.

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Description

La présente invention concerne une pompe alternative verticale pour l'exhaure de liquides présents dans le sol, selon le préambule de la première revendication.
On connaít déjà une telle pompe alternative verticale notamment décrite dans le document OAPI 06 221 du 23 mars 1979. De telles pompes sont destinées à pomper des liquides présents dans le sol tels que des eaux souterraines, du pétrole, etc.
Les pompes alternatives verticales connues, destinées à pomper de l'eau, sont mues manuellement. Elles se composent, suivant la profondeur des nappes, soit d'une tige, soit d'un train de tiges, vertical, portant un ou plusieurs pistons à clapet.
Les pistons connus se composent de manière générale d'un cylindre d'une certaine longueur muni à sa périphérie le long de l'un de ses bords notamment du bord supérieur, d'un joint glissant dans le tube d'exhaure.
Cette partie de cylindre est engagée de manière coulissante sur un corps, par exemple formé d'ailettes et terminé à sa base par un clapet. Lorsque le cylindre du piston descend sur le clapet, le piston est étanche. Dans le cas contraire, le liquide peut traverser le piston. Ces deux positions différentes entre le cylindre et le clapet correspondent respectivement au mouvement de descente du piston dans la colonne d'eau contenue dans le cylindre du corps de la pompe ou tube d'exhaure et au mouvement de remontée de la colonne de liquide au-dessus du piston.
Il est également connu (FR-88 09 575) un dispositif de pompage à pistons multiples dans lequel le piston est constitué par un cylindre dont le fond présente une structure dite alvéolaire. Ce cylindre est emmanché sur la tige de commande de mouvement de va et vient. Au-dessus du fond alvéolaire il est prévu un clapet de refoulement maintenu en appui contre la structure alvéolaire par un élément tubulaire. Cet élément tubulaire traverse l'intérieur du cylindre et prend appui contre une butée solidaire de la tige. En dessous du piston, c'est-à-dire du fond alvéolaire du cylindre, il est prévu un écrou et contre-écrou pour bloquer l'ensemble.
Les cylindres des pistons connus présentent l'inconvénient de frotter d'une manière importante sur la surface intérieure de la colonne d'exhaure et ce frottement augmente lorsque le tube d'exhaure subit des déformations par suite de mouvements de terrain, car le piston est alors forcée de suivre ce trajet déformé.
Le joint le long du bord supérieur du cylindre venant s'appliquer contre la paroi intérieure du tube d'exhaure ou le cylindre lui-même augmentent ce frottement à cause de la pression exercée par la colonne de liquide contre le joint et le cylindre.
Souvent les liquides pompés sont chargés et à la longue des particules se déposent sur les sièges des clapets du piston. Les pistons perdent ainsi de leur étanchéité, diminuant le débit de liquide pompé. De ce fait il faut remplacer fréquemment les pistons ce qui augmente le coût d'exploitation de la pompe.
Le clapet étant une pièce d'usure, il se fatigue et peut nécessiter un remplacement. Dans ce cas, il faut démonter l'ensemble du piston pour accéder au clapet, retirer le clapet à changer et mettre en place le nouveau clapet. Pour cela, il faut enlever complètement le piston de la tige pour pouvoir enfiler le nouveau clapet.
Cela constitue une opération relativement longue pour le remplacement d'une pièce très simple.
De plus, comme le clapet est placé dans le cylindre, lorsque la pompe est arrêtée, les particules solides en suspension dans l'eau contenues dans le piston se déposent progressivement au fond. Comme le piston n'est pas parfaitement étanche, l'eau s'en échappe et entraíne avec elle les particules solides en suspension qui risquent de se déposer entre le bord de la membrane et la paroi intérieure du piston dans intervalle nécessaire pour permettre au clapet de se soulever sans frotter contre le piston.
Cette situation est gênante pour les pistons non immergés ; si pour une raison quelconque la pompe est arrêtée pendant un certain temps, c'est-à-dire quelques heures ou quelques jours, les particules solides bloquent alors le clapet et l'expérience a montré qu'il était dans ce cas nécessaire de ressortir les pistons de l'eau, pour les démonter et débloquer les membranes ainsi collées.
Cela représente un travail important et par suite un inconvénient grave et inévitable puisque la pompe est nécessairement arrêtée de temps à autre, ne serait-ce que dans le cas de pompes entraínées à la main ou par un moteur électrique alimenté par piles solaires sans batterie tampon de capacité suffisante pour un fonctionnement continu.
On connaít également, selon le document FR-A-2 518 181, une pompe alternative à pistons montés sur un câble ou une tige dans un tube. Les pistons sont constitués chacun par deux demi-pistons moulés dans une matière plastique choisie pour sa souplesse. A la descente des pistons, les deux moitiés de chaque piston s'écartent élastiquement pour laisser passer le liquide à pomper c'est-à-dire pour permettre aux pistons de descendre dans la colonne de liquide. La souplesse des moitiés de pistons produit tout d'abord la déformation des pistons sous la charge de la colonne d'eau si bien que le poids de la colonne n'est plus réparti entre les différents pistons mais se répercute et s'additionne d'un piston à l'autre au fur et à mesure que l'on descend dans le tube d'exhaure. Du fait de leur souplesse, les pistons se déforment et s'écrasent encore plus en frottant contre la paroi du tube, freinant voire bloquant l'ensemble de la pompe.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer une pompe alternative, de construction simple et fiable, permettant de pomper efficacement des liquides même dans des nappes à très grande profondeur, avec un débit très régulier même après un temps d'utilisation prolongé, et qui puisse le cas échéant s'entretenir ou se remplacer de manière simple ou qui évite que le clapet du ou des pistons qui sont au-dessus du niveau de l'eau lorsque la pompe est arrêtée, ne se colmatent avec les particules éventuellement en suspension dans l'eau.
A cet effet, l'invention concerne une pompe alternative verticale correspondant au type défini ci-dessus, selon la revendication principale.
Les pistons se montent/démontent facilement sur la tige ou à la réunion des éléments constituant un train de tige d'une pompe pour une profondeur importante.
La simplicité de fabrication liée au petit nombre de pièces simples constituant un piston permet l'assemblage et surtout l'installation des pistons par du personnel non qualifié, dans des conditions de mise en place souvent rudimentaires. Il en est de même des interventions d'entretien
D'ailleurs la structure du piston évite pratiquement tout dépôt de particules solides et tout colmatage du clapet du piston ou du piston lui-même dans son tube, grâce au rinçage du piston pendant son fonctionnement et à la fin d'une phase de pompage.
La forme particulière du piston a l'avantage de limiter au minimum le contact avec la surface intérieure du tube d'exhaure.
Dans le cas le plus simple le clapet est constitué par une membrane relevable qui s'appuie sur le support pour soutenir la colonne d'eau, suivant une caractéristique intéressante pour le fonctionnement.
La membrane formant clapet est coupée entre son bord extérieur jusqu'à l'orifice servant au passage de la tige de manière à pouvoir engager la membrane sur la tige sans avoir à l'enfiler sur celle-ci.
La membrane en forme de disque fendu se place très facilement par-dessus le support, en desserrant simplement l'un des deux écrous maintenant le support. Cette opération se fait très rapidement et il est nullement nécessaire d'enlever le support de la tige, c'est-à-dire de procéder à des dévissages fastidieux.
La membrane peut également être constituée par plusieurs secteurs qui se chevauchent partiellement. Une telle réalisation offre l'avantage de la simplicité du montage et du démontage ; elle constitue une forme souple, permettant aux différents secteurs de se soulever partiellement ou les uns par rapport aux autres.
Suivant les conditions d'utilisation et de fonctionnement de la pompe, le piston aura des dimensions plus ou moins voisines de la section intérieure du tube d'exhaure.
Pour faire fonctionner la pompe légèrement et réduire la puissance nécessaire à son entraínement , on laisse un jeu plus grand que si la pompe est entraínée par un moteur disposant de l'énergie d'un réseau électrique et non d'une source d'énergie relativement limitée.
Comme il n'y a par ailleurs au plus qu'un contact linéaire périphérique entre le piston et la surface intérieure du tube, même lorsque le tube d'exhaure est déformé par suite des mouvements du terrain, cela ne gêne pratiquement pas le mouvement de va-et-vient du piston et surtout cela n'augmente pas les forces de frottement, entre le piston et la surface intérieure du tube.
Dans le cas d'une pompe équipant une nappe d'eau à grande profondeur, le clapet en forme de membrane ne résisterait pas à la colonne d'eau, aussi est-il constitué dans ce cas d'un matériau rigide et plus particulièrement le support comporte des jambes en forme de triangles droits accolés par l'un de leur côté au moyeu supérieur et auxiliaire réunis sur toute la hauteur du support pour former en partie haute des branches d'appui et de fixation du clapet,
  • le clapet est formé de secteurs de disque reliés chacun par l'un des côtés radiaux à la partie supérieure radiale d'une jambe et l'autre côté radial du clapet s'appuie en position d'obturation sur la partie supérieure radiale de la jambe suivante.
Cette réalisation a l'avantage de permettre un pompage particulièrement efficace d'une très haute colonne d'eau sans que cela ne se fasse au détriment de la souplesse de la descente du piston ou de sa solidité.
D'ailleurs il se forme un film liquide entre la paroi du tube et le ou les pistons réduisant le frottement pratiquement à zéro, d'autant plus qu'il n'y a pas de joint entre le piston et la paroi qui raclerait ce film liquide.
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une coupe verticale schématique d'une pompe alternative verticale,
  • la figure 2 est une coupe verticale schématique partielle d'un piston en cours de descente de sa tige,
  • la figure 3 est une coupe verticale schématique du piston en cours de montée de la tige,
  • la figure 4 est une vue en coupe axiale du support du piston selon la ligne IV-IV de la figure 5,
  • la figure 5 est une vue de dessus du support du piston,
  • la figure 6 est une vue éclatée du piston,
  • la figure 7 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un piston,
  • la figure 8 est une vue de côté d'une coquille de support selon un autre mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 9 est une vue de dessus de deux parties de support en position de montage,
  • la figure 10 est une coupe partielle selon IX, montrant le support complet assemblé sur une tige 7.
  • la figure 11 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation et d'assemblage d'un piston, cette vue se limitant à la partie supérieure du support,
  • la figure 12 est une vue en coupe partielle d'un piston muni d'une jupe.
Selon la figure 1, la pompe alternative verticale de l'invention se compose d'une embase 1 reposant sur le sol 2. Une fontaine verticale 3 est solidaire de l'embase 1 ; elle comporte un bec de sortie de liquide 4 qui débite par exemple dans un réservoir 5. Ce tube fontaine 3 se prolonge à son extrémité inférieure par un tube d'exhaure 6. Ce tube 6 reçoit une tige de commande 7 équipée d'un ou plusieurs pistons 8 qui seront décrits ultérieurement. L'extrémité inférieure du tube d'exhaure 6 est équipée d'un clapet de pied 9.
La tige 7 qui peut également être un train de tiges, c'est-à-dire un assemblage de tiges fixées les unes à la suite des autres, suivant la profondeur de la nappe dans laquelle on pompe, est commandée en mouvement alternatif par un mécanisme 10 qui n'est représenté que très schématiquement. Ce mécanisme 10 est porté par un chevalet 11. Le mécanisme 10 peut être entraíné soit manuellement, soit par un animal, soit encore par un moteur thermique ou électrique et dans ce dernier cas, on peut envisager une unité d'alimentation électrique autonome, par exemple des batteries chargées par des piles solaires.
Le mouvement vertical alternatif de la tige 7 et des pistons 8 assure d'abord la remontée de la colonne de liquide s'appuyant sur les pistons 8 et le déversement d'une certaine quantité de liquide dans le réservoir 5 ; puis la tige 7 fait descendre les pistons 8 à l'intérieur de la colonne de liquide contenue dans le tube d'exhaure 6 et retenue par le clapet de fond 9. Arrivés en fin de course basse, les pistons 8 sont remontés par la tige 7 et soulèvent ainsi la colonne de liquide au-dessus de chaque piston. En même temps, le piston au-dessus du clapet de fond 9 crée une dépression en dessous de lui. Cette dépression aspire du liquide à travers le clapet de fond 9 dans le tube 6. Le cycle se poursuit ainsi.
Les figures 2 et 3 montrent la structure d'un premier exemple de réalisation d'un piston 8, d'abord en figure 2 la position de descente d'un piston 8 entraíné par sa tige 7 puis en figure 3, sa remontée.
Dans ces figures on a utilisé les mêmes références qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes éléments.
La figure 2 est une coupe axiale partielle du tube d'exhaure 6 montrant la tige 7 ou train de tiges formé d'une partie de tige 71 reliée à une partie de tige 72 par l'intermédiaire d'un manchon fileté 74 ; l'extrémité inférieure 73 de la tige 71 est filetée au-delà de ce qui est nécessaire au simple vissage du manchon 74 de manière à recevoir le piston 8. Ce piston 8 fixé entre un écrou inférieur 12 et un écrou supérieur 13 se compose d'un support en forme de disque comprenant une couronne extérieure 81 reliée par des rayons 82 à un moyeu supérieur 83 traversé par la tige 71 (ou sa partie filetée 73) et d'un moyeu inférieur 84 également traversé par la tige 71 ; ce moyeu inférieur 84 soutient le support par des jambes 85 reliées à la couronne 81.
Au-dessus du support, le piston 8 comporte un clapet formé ici par une membrane 87, souple.
La forme radiale du support, tant au niveau des jambes 85 que des rayons 82, permet le passage du liquide (remontée) dans le sens des flèches A, B, lorsque le piston descend dans la colonne de liquide dans le tube d'exhaure 6 comme l'indique la flèche C.
Cette descente du piston 8 provoque le relèvement de la membrane 87.
La figure 3 montre le mouvement de remontée de la tige 7 (ou des éléments de tige 71, 72 dans le cas d'un train de tiges) identique à celui de la figure 2, suivant un mouvement de remontée indiqué par la flèche D.
Au cours de ce mouvement de remontée, la colonne de liquide appuie le clapet 87 contre le support et notamment la partie supérieure du support du piston 8, c'est-à-dire la couronne 81, les rayons 82 et le moyeu supérieur 83, fermant de manière étanche le piston 8 ; cela permet de soulever la colonne de liquide.
Il est à remarquer que, comme déjà indiqué, le piston 8 est bloqué sur la tige 7 par les écrous 12, 13 qui retiennent également le clapet 87.
Pendant le mouvement de remontée, les jambes 85 transmettent une partie des efforts appliqués sur la partie extérieure du support vers le moyeu inférieur 84.
Selon ces figures 2, 3, la couronne extérieure 81 du support présente un bord en biseau ou un bord arrondi, réduisant au minimum le contact entre le piston 8 et la surface intérieure du tube d'exhaure 6. Ce contact linéaire suivant un cercle et non suivant une surface cylindrique permet d'absorber toutes les déviations ou différences d'alignement par exemple en courbe entre la tige 7 et le tube d'exhaure 6, réduisant au minimum les efforts de frottement qui s'opposent aux mouvements de remontée.
Par ailleurs, le clapet 87 se soulève de manière souple du support 81, 82, 83 et permet au liquide de rincer le support, évitant ainsi tout dépôt de particules solides qui affecterait l'étanchéité du piston pour le mouvement de remontée.
Même si des particules en suspension devaient se déposer près de l'intervalle entre le bord de la couronne 83 et la surface intérieure du tube d'exhaure 6, lors d'un arrêt prolongé de la pompe, au moment du mouvement de reprise soit de montée soit de descente, le collage des particules sera éliminé puisque le mouvement est transmis directement par la tige ou le train de tiges 7, 71, 72 au piston 8.
La section du tube d'exhaure 6 et celle du piston 8 est circulaire sans que cette forme ne soit limitative et n'exclut pas de forme polygonale : hexagonale ou carrée, etc.
Les figures 4, 5, 6 montrent de manière plus détaillée la structure d'un piston tel que décrit ci-dessus. La figure 4 montre en coupe le support avec sa couronne extérieure 81, une branche coupée 82, la collerette du moyeu supérieur 83, une jambe coupée 85 et l'autre non coupée, les couronnes intermédiaires 86 ainsi que la collerette du moyeu inférieur 84. La moitié de la membrane 87 est également représentée coupée, l'autre moitié n'est pas représentée.
La figure 5, qui est une vue de dessus correspondant à la figure 4, montre la moitié de la membrane 87 et les différentes parties du support et notamment les rayons 82 les couronnes 81, 86 et le moyeu supérieur 83 laissant entre eux les intervalles pour le passage du liquide à pomper.
La vue éclatée de la figure 6 montre ces différentes pièces, à savoir le clapet en forme de membrane 87, le support et ses parties constitutives 81, 82, 83, 84, 85, 86.
Le support du piston est une pièce réalisée par exemple en une seule partie par exemple en matière plastique moulée. Le clapet 87 est de préférence en une matière souple telle qu'un caoutchouc de synthèse ou une matière plastique.
Les dimensions du clapet sont telles qu'il recouvre les orifices du support et arrive près de la surface intérieure du tube d'exhaure avec un intervalle au moins suffisant pour laisser un film de liquide le long de la paroi du tube.
Bien que le clapet 87 puisse être une pièce en forme de disque qui s'emmanche sur la tige 7, selon la figure 6 il est avantageusement fendu, c'est-à-dire que le disque formant le clapet 87 est coupé suivant une ligne 88. Cette ligne de coupure peut être la ligne de jonction des deux bords de la coupure du disque. Cette ligne de coupure 88 va du bord extérieur 89 jusqu'à l'orifice 90 au milieu du clapet 87 recevant la tige 71 (7).
Les bords de la ligne de coupure 88 peuvent également se chevaucher comme l'indique la ligne en pointillés 91. Cette ligne est en fait le bord d'une partie de disque venant sous le bord supérieur si bien que les deux bords du disque se chevauchent sur le secteur d'angle compris entre les lignes 88 et 91.
Ce mode de réalisation de clapet permet de remplacer simplement un clapet usé ou abímé sans avoir à démonter le support proprement dit.
La figure 7 est une vue éclatée d'une variante de réalisation de piston qui se distingue des pistons précédents par la forme particulière du clapet et le mode de fixation de celui-ci.
Toutes les pièces identiques à celles des modes de réalisation précédents portent les mêmes références.
Cette variante de piston se distingue par la forme du clapet constituée de quatre secteurs 92, 93, 94, 95. Le secteur 92 est montré écarté des autres secteurs représentés eux, en position assemblée. Ces secteurs peuvent avoir les mêmes formes et les mêmes dimensions et se recouvrir en écailles de poisson. Il est également possible, comme le montre la variante de la figure 7, de placer deux secteurs 93 et 95 d'abord en position diamétralement opposée, sur le support 81-86 puis de placer les deux secteurs 92 et 94 par-dessus les secteurs 93 et 95 réalisant ainsi un léger chevauchement représenté par les lignes en trait interrompu. Dans le cas d'un tel clapet, lorsque le piston descend dans l'eau, les secteurs 92 et 94 du dessus se soulèvent avant les secteurs 93 et 95. Les secteurs 92 couvrent l'angle supérieur à 1/4 de disque de façon à pouvoir se chevaucher comme cela est indiqué.
Ces secteurs se poursuivent également par deux pattes recourbées ou crochets 96, 97 au niveau de l'orifice. Ces deux pattes 96, 97 laissent entre elles une fente 98.
Les pattes 96, 97 et la fente 98 permettent de placer chaque secteur, par exemple le secteur 92, à cheval sur une branche radiale 82 et entre la couronne intérieure 83 et la couronne intermédiaire, directement adjacente 86. Dans l'exemple représenté, la première couronne intermédiaire 86 est très proche du moyeu supérieur 83, la distance séparant ces deux couronnes laissant la place pour les pattes 96, 97.
Lorsque les segments de clapet 92-95 sont ainsi placés sur le support préalablement fixé à la tige 7 (non représentée) on installe l'organe de fixation supérieur formé de deux moitiés 99A, 99B terminées chacune par des pattes d'assemblage 100, 101. Ces deux parties 99A, 99B ont une surface intérieure 102, 103 filetée, de façon que les deux pièces sont réunies constituant un même filetage continu. Ces pièces sont assemblées par exemple par des vis non représentées comme cela est indiqué par les traits interrompus 104.
A leur base, les parties 99A, 99B se poursuivent par une demi-collerette 105, 106 ; celles-ci se complètent, lorsque la pièce est assemblée, pour former une collerette appuyant les segments 92-95 contre le support du piston 8 préalablement mis en place sur la tige.
En fait, après mise en place des segments 92-95 on assemble les deux parties 99A, 99B de l'organe de fixation supérieur 99 sur la partie filetée 73 (figures 2 et 3) de la tige 71, 7 puis on visse cet organe 99A, 99B pour serrer les segments 92-95.
Pour assurer le blocage de cet écrou afin qu'il ne se dévisse pas sous l'effet des vibrations, il est possible de serrer les deux parties 99A, 99B l'une contre l'autre s'il subsiste entres elles un certain jeu, pour bloquer les filets des surfaces 102, 103 dans le filetage de la partie filetée 71 et interdire le dévissage.
Selon une variante, non représentée, le clapet est en forme de tulipe, fixé près du bord extérieur de la couronne extérieure 81 ; l'ouverture du clapet est alors autour de la tige éventuellement munie d'une garniture forment un siège pour le bord du clapet. Dans cette variante, les bords des « pétales » du clapet du côté de l'ouverture peuvent être réunis par un anneau engagé sur la tige.
Selon une autre variante, le clapet en forme de tulipe est constitué par une membrane unique de forme tronconique fixée par son bord extérieur, le bord intérieur bordant l'orifice, éventuellement muni d'un anneau, entourant la tige ; celle-ci peut également être munie d'une pièce formant le siège d'obturation contre lequel vient s'appuyer le bord de l'orifice du clapet.
Les figures 8 à 10 montrent un autre mode de réalisation d'un support de piston selon l'invention. Ce support est formé de deux parties 200, 201, par exemple exactement identiques, c'est-à-dire correspondant sensiblement au support de la figure 1, coupé par un plan diamétral (passant par l'axe de la tige). Ces deux moitiés seront ainsi fabriquées à partir d'un même moule. Ces deux parties 200, 201 s'assemblent sur la tige 7 par un assemblage de type collier. Pour cela, dans la zone supérieure et dans la zone inférieure de chaque partie 200, 201, des pattes complètent les pièces pour former des colliers.
De manière plus détaillée, selon la figure 8, la partie 200, gauche se compose d'une couronne extérieure 81A reliée par des rayons 82A à un moyeu 83A ou couronne intérieure. Il s'agit en fait tant pour la couronne 81A que de la couronne 83A d'une demi-couronne. Il en est de même des demi-couronnes 86A intermédiaires.
La partie « droite » 201 comporte les mêmes éléments que la partie « gauche » 200, avec les mêmes références dans lesquelles le suffixe A est remplacé par le suffixe B.
La demi-couronne 83A est d'ailleurs plus longue que l'épaisseur des rayons 82A ou de la couronne extérieure 81A pour que les pattes 108A, 109A soient accessibles pour l'assemblage des deux parties 200, 201.
Le moyeu inférieur 84A correspond également à un demi-moyeu prolongé, de chaque côté, par des pattes 110A, 111A destinées à s'assembler, toujours à la manière d'un collier, avec les pattes homologues 110B, 111B du moyeu inférieur 84B de l'autre partie 201 (figure 10).
Cette figure 10 montre également les amorces des branches 85A et 85B des deux parties 200, 201.
Selon la figure 9, les deux parties 200, 201 sont disposées de part et d'autre de la tige 7. Il suffit de les assembler par les pattes des colliers supérieurs (ceux-ci sont d'ailleurs partiellement cachés par les rayons 82A, 82B).
On assemblera également les colliers inférieurs.
Ce mode de réalisation du support offre le double avantage d'une fabrication plus simple puisque le moule ne correspond qu'à la moitié de la forme du support. Etant donné la symétrie, on pourra utiliser le même moule pour réaliser les parties 200, 201.
Cela facilitera également considérablement les interventions sur la pompe installée puisqu'il n'y aura plus qu'à dévisser et à dégager le support le long de la tige 7 ou de le réengager le long de l'axe de la tige 7 à partir d'une connexion entre deux éléments de tiges 71. A tout endroit, on pourra fixer un support par ce montage par collier. La mise en place du clapet est tout aussi simple dans le cas d'un clapet comme celui de la figure 6. Ce clapet sera maintenu contre le dessus du support par une pièce de fixation analogue à un collier, non représenté aux dessins.
La vue en perspective de la figure 11 montre le support composé de deux parties 200, 201 analogues au support représenté à la figure 9. A la figure 11, dans un but de simplification, les jambes 85A...n'ont pas été représentées.
Ces jambes sont de préférence situées dans des plans autres que le plan de jonction des deux moitiés 200, 201.
Sur leur dessous les deux parties 200, 201 comportent, le long du plan de jonction, des nervures 112A, 113B sur lesquelles on engage une pince 113, 114. Ce mode d'assemblage peut dans certains cas être plus intéressant pour réunir la partie supérieure du support, de préférence à une liaison par vis moins accessible. Par contre à leur zone inférieure au niveau du moyeu inférieur les parties 200, 201 peuvent être reliées par une liaison à vis ou également une liaison à pince comme celle décrite ici. Dans ce cas, les nervures peuvent être parallèles à l'axe du support et se glisser verticalement. Pour éviter que les pinces ne se détachent sous l'effet des vibrations elles peuvent être bloquées par une petite vis.
La figure 12 montre une variante de réalisation du support par exemple comme celui de la figure 4. Ce support est complété à sa périphérie, par une jupe 115 laissant un intervalle 116 suffisant par rapport à la paroi du tube d'exhaure pour éviter tout frottement, tout en créant néanmoins une zone de perte de charge pour ralentir l'écoulement de l'eau en cours de pompage. Comme cela apparaít clairement à la figure 12, cette jupe 115 se situe sous le support et non du côté du clapet 87.

Claims (8)

  1. Pompe alternative verticale pour l'exhaure de liquides présents dans le sol, pompe comprenant :
    un tube d'exhaure (6) reliant le niveau de sortie de la pompe (4) à la nappe de liquide à pomper en plongeant dans cette nappe,
    un clapet de fond (9) équipant l'extrémité inférieure du tube d'exhaure (6), laissant entrer le liquide dans le tube mais y retenant la colonne de liquide,
    une tige (7, 71, 72) portant un ou plusieurs pistons (8), commandée en mouvement alternatif (C, D) pour faire monter la colonne de liquide,
    chaque piston (8) laissant passer le liquide pendant son mouvement de descente dans la colonne et devenant imperméable lors de son mouvement de remontée,
    des moyens de commande (10, 11) reliés à la tige (7) et commandant son mouvement de montée et de descente à l'intérieur du tube (6),
    pompe caractérisée en ce que :
    le piston (8) est formé d'un support (81, 82, 83) comprenant un moyeu supérieur (83) et relié vers le bas à un moyeu auxiliaire (84) par des jambes de renforcement (85), les moyeux étant traversés par la tige (7, 71, 72) et montés solidaires en translation sur la tige (7, 71, 72),
    un clapet venant sur le dessus du support (81, 82, 83) pour obturer le piston (8) sous le poids de la colonne de liquide au-dessus ou libérer le passage du liquide lorsque le piston (8) descend dans la colonne d'eau dans le tube d'exhaure (6).
  2. Pompe selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que
    le support est une pièce en forme de roue à rayons (82) et couronne (81) reliée au moyeu supérieur (83) et le moyeu auxiliaire (84) est relié à la couronne (81) par les jambes (85).
  3. Pompe selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que
    le clapet est formé de secteurs de disque reliés chacun par l'un des côtés radiaux à une partie supérieure radiale d'une jambe et un autre côté radial du clapet s'appuie en position d'obturation sur la partie supérieure radiale de la jambe suivante.
  4. Pompe selon la revendication 3,
    caractérisée en ce que
    le support forme quatre parties supérieures radiales recevant chacune un secteur de clapet formé ainsi de quatre sections.
  5. Pompe selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que
    le clapet (87) est une membrane en forme de disque recouvrant toute la surface supérieure du support (81, 82, 83).
  6. Pompe selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que
    le clapet (87) est un disque fendu (ligne de coupure 88) pour permettre son montage sur la tige (7) sans nécessiter son enfilage.
  7. Pompe selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que
    le support est formé de deux parties (200, 201), notamment symétriques planes, qui sont assemblées l'une sur l'autre en emprisonnant la tige (7), le demi-moyeu supérieur (83A, 83B) et le demi-moyeu inférieur (84A, 84B) de chaque partie (200, 201) du support se poursuivent de chaque côté, dans le plan de jonction, par une patte (108A, 109A ; 108B, 109B) pour les moitiés de moyeu (83A, 83B) de la partie supérieure et des pattes (110A, 111A ; 110B, 111B) pour les moitiés de moyeu inférieur (84A, 84B) pour un assemblage à la manière d'un collier.
  8. Pompe selon la revendication 5,
    caractérisée en ce que
    le clapet est formé de secteurs (92-95) qui se chevauchent et se terminent au niveau du centre par des pattes (96, 97), recourbées, destinées à venir dans les intervalles entre la couronne du moyeu (83) et une couronne intermédiaire (86), un organe de fixation supérieur, en deux parties (99A, 99B) venant bloquer les secteurs contre le support.
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