FR2633672A1

FR2633672A1 - Device for pumping water using a flap valve pump submerged towards the bottom of a borehole

Info

Publication number: FR2633672A1
Application number: FR8808813A
Authority: FR
Inventors: Claude Louis Medici
Original assignee: ITRAFOR
Current assignee: ITRAFOR
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1990-01-05
Anticipated expiration: 2008-06-30
Also published as: FR2633672B1

Abstract

The invention relates to a device for pumping water from a small-diameter borehole. According to the invention, in order to limit the number of components constituting the tap connection, the pump body 21 is built into the base of the support column 19 which forms a riser pipe for the pumped water. The invention applies particularly to village hydraulics for developing countries.

Description

L'invention a pour objet un dispositif pour le pompage de L'eau utilisant une pompe à clapets immergée vers le fond d'un forage. The invention relates to a device for pumping water using a valve pump immersed towards the bottom of a borehole.

Il existe une demande très importante en particulier pour les pays en voie de développement, de dispositifs pour le pompage de L'eau à partir d'un forage de petit diamètre. Pour ces pays, Le développement de l'hydraulique villageoise est orienté vers La recherche d'équipements de points d'eau potable peu onéreux, à motricité humaine ou animale, fiables et d'entretien aisé avec le minimum de pièces de rechange dans l'environnement clima-ique et social de ces pays. There is a very large demand, in particular for developing countries, for devices for pumping water from a borehole of small diameter. For these countries, The development of village water supply is geared towards The search for inexpensive drinking water equipment, with human or animal power, reliable and easy to maintain with the minimum of spare parts in the climatic and social environment of these countries.

Les dispositifs existants qui donnent actueLLement
Le plus de satisfaction sont ceux qui font appel à une pompe mécanique immergée vers Le fond de La colonne de soutènement du forage, laquelle colonne est réalisée par des spéciaLIstes. Les tubes de La pompe comprenant vers sa base
Le corps de pompe sont ensuite descendus dans La colonne jusqu'à mise en place et il ne reste plus qu'a raccorder Le tout sur la fontaine pourvue de son bras d'actionnnement.Existing devices that currently provide
The most satisfying are those who use a mechanical pump submerged towards the bottom of the drilling support column, which column is made by specialists. Tubes of the pump consisting towards its base
The pump body is then lowered into the column until it is put in place and all that remains is to connect the whole to the fountain provided with its actuating arm.

L'invention a pour objet d'abaisser le prix de revient de ce type de dispositif et d'en améliorer La fiabilité et la facilité d'entretien
A cet effet, Le dispositif pour Le pompage de
L'eau à partir d'un forage de petit diamètre du type utilisant une pompe à clapets immergée vers Le fond de la colonne de soutènement du forage et dont Le piston est actionné depuis La surface par un train de tiges ou par un câble, se caractérise en ce qu'en vu-e d'obtenir à paroir d'un même diamètre de forage un plus grand débit d'extraction, le corps de pompe est intégré à la base de la colonne de soutènement qui forme conduite de remontée pour L'eau pompée. Avantageusement, le corps de pompe est réalise par un chemisage en métal, tel que Laiton, intégré à
L'intérieur de La colonne de soutènement à proximité de son extrémité inférieure.The object of the invention is to lower the cost price of this type of device and to improve its reliability and ease of maintenance.
To this end, the device for pumping
Water from a small diameter borehole of the type using a valve pump immersed towards the bottom of the support column of the borehole and the piston of which is actuated from the surface by a drill string or by a cable, is characterized in that, in view of obtaining a larger extraction rate on the same drilling diameter, the pump body is integrated at the base of the support column which forms the lifting pipe for L pumped water. Advantageously, the pump body is produced by a metal liner, such as Brass, integrated into
The interior of the support column near its lower end.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, Le piston de La pompe est solidaire par
L'intermédiaire d'un moyen d'attache à longueur variable, tel que tige coulissante ou câble du clapet de pied de la pompe. De cette façon, en cas de nécessité, et pour
L'entretien, l'ensemble du mécanisme peut être remonté à la surface sans difficulté. Et L'on comprend également que l'on profite au maximum du diamètre de forage, en faisant simultanément L'économie du train de tubes de la pompe, ce qui a le double avantage d'augmenter, pour un diamètre de forage déterminé, Le débit d'eau susceptible d'être extrait et de réduire le prix de revient de t'ensemble tout en en améliorant La fiabilité et facilitant L'entretien.According to another advantageous characteristic of the invention, the piston of the pump is secured by
Via a variable length attachment means, such as a sliding rod or cable from the pump foot valve. In this way, if necessary, and for
Maintenance, the entire mechanism can be brought to the surface without difficulty. And We also understand that we make the most of the drilling diameter, by simultaneously saving the tube train of the pump, which has the double advantage of increasing, for a determined drilling diameter, the flow of water capable of being extracted and reducing the cost price of the assembly while improving reliability and facilitating maintenance.

L'invention et sa mise en oeuvre apparaFtront plus clairement à L'aide de La description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés illustrant à titre d'exemple un mode de réalisation. The invention and its implementation will appear more clearly with the aid of the description which follows, made with reference to the appended drawings illustrating by way of example an embodiment.

Dans ces dessins
la figure 1 montre en coupe verticale schématique un dispositif conçu selon L'invention prêt à fonctionner ;
la figure 2 montre à plus grande échelle la partie supérieure entourée II de la figure 1 ;
La figure 3 montre à plus grande échelle encore La partie supérieure entourée III de La figure 2 ;
la figure 4 est une vue de dessus faite selon la flèche IV de La figure 3 ;
La figure 5 montre à plus grande échelle l'essentiel du dispositif formant corps de pompe et piston visibles de façon schématique à la figure i au niveau du repère V ;
les figures 6 et 7 reprenant les élements de La figure 5 montrent Les positions respectives des diverses pièces constituant le corps de la pompe et son piston dans deux phases successives d'actionnement.In these drawings
Figure 1 shows in schematic vertical section a device designed according to the invention ready to operate;
Figure 2 shows on a larger scale the upper part surrounded II of Figure 1;
Figure 3 shows on a still larger scale The upper part surrounded III of Figure 2;
Figure 4 is a top view taken along arrow IV of Figure 3;
FIG. 5 shows on a larger scale the main part of the device forming the pump body and piston visible diagrammatically in FIG. I at the level of the mark V;
Figures 6 and 7 showing the elements of Figure 5 show the respective positions of the various parts constituting the pump body and its piston in two successive actuation phases.

En se reportant tout d'abord à la figure 1, on a illustré à cette figure un dispositif conforme à L'invention s'adaptant sur un forage constitue de façon tout à fait classique. Dans l'exemple illustré, on aperçoit le trou de forage 10 fqrmé dans les terrains 11, et, placée à
L'intérieur de ce forage, une colonne de soutènement 12 elle aussi classique par exemple en tube PVC (Poly-Vinyle
Chlorure) de diamétre 77 x 90 (diamètre intérieur 77 mm ; diamètre extérieur 90 mm). A La base du forage on aperçoit le massif 13 de graviers filtres assurant le filtrage de
L'eau de la nappe phréatique ; on a schématisé en 14 les fentes de la crépine permettant à L'eau de pénétrer à La base de la colonne 12, le niveau statique de la nappe d'eau ayant été schématisé en 50. Referring first to Figure 1, there is illustrated in this figure a device according to the invention adapting to a borehole is entirely conventional. In the example illustrated, we see the borehole 10 fqrmé in the lands 11, and, placed at
The interior of this borehole, a support column 12 which is also conventional, for example in PVC (Poly-Vinyl) tube
Chloride) of diameter 77 x 90 (inside diameter 77 mm; outside diameter 90 mm). At the base of the borehole we see the massif 13 of gravel filters ensuring the filtering of
Water from the water table; the slots of the strainer allowing the water to penetrate at the base of the column 12 have been schematized at 14, the static level of the water table having been schematized at 50.

Au niveau de la surface, on aperçoit Le. massif en béton 15 supportant la fontaine 16 et protégeant L'avant trou 17 dans lequel se trouve Le tube de tête 18. Tout ce qui a été décrit jusqu'à présent est classique, sauf que Le diametre du forage effectué est généralement plus important. At surface level, we see Le. concrete block 15 supporting the fountain 16 and protecting the pre-hole 17 in which the head tube 18 is located. All that has been described so far is conventional, except that the diameter of the drilling carried out is generally greater.

Selon L'art antérieur, à L'intérieur de La colonne de soutènement 12, on descend normalement une pompe en bout d'un tube pour la remontée de l'eau. La pompe comprend un corps de pompe et un piston actionné depuis La surface dans
Le corps de pompe par un train de tiges ou par un câble. Il est évident que dans ces conditions, des difficultés se présentent pour la mise en place dans la colonne de soutènement du train de tubes se terminant en partie basse par La pompe qui doit être reliée à la surface par ses moyens d'actionnement (train de tiges ou cable), tandis que d'un autre côté, Le diamètre de la colonne d'extraction qui est placée à L'intérieur de la colonne de soutènement est forcément de diamétre nettement réduit par rapport au diamètre de la colonne de soutènement 12).According to the prior art, inside the support column 12, a pump is normally lowered at the end of a tube for raising the water. The pump comprises a pump body and a piston actuated from the surface in
The pump body by a drill string or by a cable. It is obvious that under these conditions, difficulties arise for the installation in the support column of the train of tubes ending in the lower part by the pump which must be connected to the surface by its actuation means (train of rods or cable), while on the other hand, the diameter of the extraction column which is placed inside the support column is necessarily of significantly reduced diameter compared to the diameter of the support column 12) .

Selon une caractéristique essentielle de L'invention, le dispositif de pompage conforme à L'invention n'utilise plus un train de tubes placé à L'intérieur de la colonne de soutènement pour la remontée de l'eau, mais directement cette colonne de soutènement. Et ceci est rendu possible par Le fait que Le corps de pompe est intégré à la base de la colonne de soutènement comme it va être décrit plus précisément en faisant référence à La figure 5. According to an essential characteristic of the invention, the pumping device according to the invention no longer uses a train of tubes placed inside the support column for raising the water, but directly this support column . And this is made possible by the fact that the pump body is integrated into the base of the support column as will be described more precisely with reference to FIG. 5.

SeLon l'exemple de réalisation illustré à cette figure, on aperçoit en 19 un élément de La colonne de soutènement, constitué, comme il a été brièvement indiqué ci-dessus, par un tube en PVC de diamètre 77/90. Cet élement de tube vient prolonger unélément de tube précédent (non représenté) sur lequel il se visse, par exemple en prévoyant comme à L'acoutumée que la partie supérieure du tube présente un filetage femelle 20 dans lequel est reçu le filetage maLe correspondant de L'extrémité inférieure du tube venant juste au-dessus. According to the example of embodiment illustrated in this figure, we see at 19 an element of the support column, constituted, as was briefly indicated above, by a PVC tube of diameter 77/90. This tube element comes to extend a previous tube element (not shown) on which it is screwed, for example by providing as usual that the upper part of the tube has a female thread 20 in which is received the corresponding male thread of L the lower end of the tube coming just above.

Mais L'élément 19 se distingue des éléments courants de La colonne de soutènement 12, en ce que il est réa lésé intérieurement, par exemple au diamètre de 79 mm, de façon à recevoir sur La Longueur ainsi réalésée, un chemisage métallique tel qu'un chemisage en Laiton 21 pouvant avoir une épaisseur par exemple de 3 mm. Autrement dit, le chemisage 21 présente des dimensions diamétrales de 72/78 (diamètre intérieur 72 mm ; diamètre extérieur 78 mm) et s'ajuste donc à l'intérieur de la portée correspondante réa lésée de l'element de tube 1 9 sur la longueur nécessaire, par exemple de L'ordre de 400 mm. Le chemisage 21 forme alors un cylindre ou corps de pompe pour Le piston 22 de travail de La pompe. Pour permettre le fonctionnement du système, le chemisage 21 est solidarisé de L'élément de tube 19, par tout moyen approprié, tel que collage ou sertissage à chaud, par exemple. Le piston peut être réalisé par exemple en bronze au diamètre de 70 mm et présentant une
Longueur suffisamment importante pour assurer une bonne efficacité du pompage par mouvement de va et vient du piston 22 dans Le corps 21. L'actionnement du piston à partir de La surface se fait avantageusement au moyen d'un câble en acier gaine ou analogue 23 qui vient s'accrocher sur une cloche 24 de levage solidarisée, par exemple par vissage de la partie suDérieure du piston 22.A La partie inférieure du piston 22 est formé un palier 25 pour le coulissement d'une tige 26 de laquelle est soLidaire Le clapet de pied 27 du corps de la pompe venant coopérer avec un siège de clapet de pied 28 lui-même supporté sur une partie à section rétrécie de L'alésage métallique 21 par exemple formée par une bague rapportée formant sabot de pied 29 avec un alésage qui peut être de L'ordre de 62 mm. La tige 26 est guidée à sa partie inférieure dans un second palier 30 solidaire du siège de clapet 28. A chaque extrémité la tige 26 comporte un écrou 31, 32 et une rondelle 33, 34 formant butées de blocage empêchant la tige de sortir des paliers 25 et 30 respectivement.But the element 19 differs from the current elements of the support column 12, in that it is internally damaged, for example with a diameter of 79 mm, so as to receive over the length thus bored, a metal jacket such as a brass liner 21 which may have a thickness for example of 3 mm. In other words, the liner 21 has diametrical dimensions of 72/78 (inside diameter 72 mm; outside diameter 78 mm) and therefore fits within the corresponding bearing surface of the tube element 1 9 on the required length, for example of the order of 400 mm. The liner 21 then forms a cylinder or pump body for the working piston 22 of the pump. To allow the system to operate, the liner 21 is secured to the tube element 19, by any suitable means, such as gluing or hot crimping, for example. The piston can be made for example of bronze with a diameter of 70 mm and having a
Long enough to ensure good pumping efficiency by reciprocating movement of the piston 22 in the body 21. The actuation of the piston from the surface is advantageously done by means of a sheathed steel cable or the like 23 which hangs on a lifting bell 24 secured, for example by screwing the upper part of the piston 22.A The lower part of the piston 22 is formed a bearing 25 for the sliding of a rod 26 of which is solid The valve foot 27 of the pump body cooperating with a foot valve seat 28 itself supported on a narrowed section of the metal bore 21 for example formed by an added ring forming a foot shoe 29 with a bore which can be of the order of 62 mm. The rod 26 is guided at its lower part in a second bearing 30 integral with the valve seat 28. At each end the rod 26 comprises a nut 31, 32 and a washer 33, 34 forming locking stops preventing the rod from coming out of the bearings 25 and 30 respectively.

A la partie supérieure du corps de pompe est prévu
Le clapet de tête 35 présentant une tige 36 de guidage coulissant dans un palier 37 solidaire de La cloche de levage 24.At the top of the pump body is provided
The head valve 35 having a guide rod 36 sliding in a bearing 37 integral with the lifting bell 24.

L'actionnement en mouvements de va et vient du piston 22 dans le corps de la pompe se fait en actionnant le
Levier 38 figure 2 monté sur La fontaine 16 s'articulant autour de l'axe 39 et solidaire d'une came 40 sur laquelle est fixée L'extrémité supérieure du câble 23 d'actionnement de la pompe.The actuation in back and forth movements of the piston 22 in the pump body is done by actuating the
Lever 38 Figure 2 mounted on the fountain 16 hinging around the axis 39 and integral with a cam 40 on which is fixed the upper end of the cable 23 for actuating the pump.

Aux figures 3 et 4 on aperçoit plus clairement La constitution de ces pièces d'actionnement avec Le guidage dans La fontaine 16 en 41 du câble 23 dans sa partie supérieure et La bague d'arrêt 42 limitant le mouvement de déplacement vers le bas du piston 22 dans Le corps de la pompe. Ces parties ne seront pas davantage décrites car elles sont relativement classiques dans cette technique. In Figures 3 and 4 we see more clearly The constitution of these actuating parts with The guidance in The fountain 16 in 41 of the cable 23 in its upper part and The stop ring 42 limiting the movement of movement down the piston 22 in The pump body. These parts will not be described further since they are relatively conventional in this technique.

Le fonctionnement de la pompe sera brièvement décrit en relation aux figures 6 et 7, étant Lui aussi dans son principe classique. The operation of the pump will be briefly described in relation to Figures 6 and 7, also being in its classical principle.

A La figure 6 est illustrée la phase d'ascension du piston 22 dans laquelle le clapet supérieur 35 est fermé, tandis que Le clapet inférieur 27 est ouvert pour la remontée de L'eau provenant du fond du puits. In Figure 6 is illustrated the ascent phase of the piston 22 in which the upper valve 35 is closed, while the lower valve 27 is open for the ascent of the water from the bottom of the well.

A la figure 7 est illustrée la phase descendante du piston (entrainé par son propre poids) dans laquelle phase le clapet de pied 27 est fermé, la colonne d'eau s'appuyant sur ce clapet, tandis que le clapet supérieur 35 s' ouvre simultanément. In Figure 7 is illustrated the downward phase of the piston (driven by its own weight) in which phase the foot valve 27 is closed, the water column resting on this valve, while the upper valve 35 opens simultaneously.

Le jeu donné à la tige 26 dans ses paliers dè guidage 25, 30 permet ces mouvements d'ouverture et de fermeture du clapet 27. The clearance given to the rod 26 in its guide bearings 25, 30 allows these opening and closing movements of the valve 27.

D'autre part, si L'on doit remonter L'ensembLe du mécanisme de la pompe, c'est-à-dire comprenant Le piston et
Les clapets ainsi que Le siège de clapet de pied pour entretien ou remplacement, il suffit de remonter le tout en tirant sur le câble 23, La tige 26 solidarisant dans cette remontée l'ensemble des pièces situées sous le piston 22 de ce piston.On the other hand, if the entire pump mechanism has to be reassembled, that is to say comprising the piston and
The valves as well as the foot valve seat for maintenance or replacement, it suffices to reassemble everything by pulling on the cable 23, the rod 26 securing in this ascent all the parts located under the piston 22 of this piston.

Avantageusement, pour assurer une bonne étanchéité de La colonne de soutènement 12 qui forme selon L'invention tube de remontée d'eau, on prévoira entre les différents éléments de tube des joints d'étanchéité convenables, tels par exemple que des bagues en joint élastomère qui seront comprimées entre les extrémités coopérantes mâle et femelLe des éléments de tube se vissant les uns au bout des autres. Advantageously, to ensure good sealing of the support column 12 which forms, according to the invention, a water ascent tube, provision will be made between the different tube elements for suitable seals, such as, for example, elastomeric seal rings. which will be compressed between the cooperating male and female ends of the tube elements screwing one after the other.

Diverses variantes peuvent être apportées au mode de réalisation qui a été illustré et décrit. Various variants can be made to the embodiment which has been illustrated and described.

C'est ainsi par exemple qu'au lieu d'utiliser une tige 26 guidée en coulissement dans Les paLiers 25, 30 pour à la fois guider te clapet 27 de pied et assurer une solidarisation mécanique en remontée du piston 22 et du siège 28 pour des opérations d'entretien, on peut prévoir que Le clapet 27 est simDlement solidaire de son siège 28 et réunir par un moyen d'attache à longueur variable tel qu'un câble ou une tige coulissante Le piston 22 et le siège 28 du clapet de pied ou ce clapet lui-meme. Thus, for example, instead of using a rod 26 guided in sliding in the baskets 25, 30 for both guiding the valve 27 of the foot and ensuring a mechanical connection when the piston 22 and the seat 28 rise. maintenance operations, it can be provided that the valve 27 is simDlement integral with its seat 28 and join by means of attachment of variable length such as a cable or a sliding rod The piston 22 and the seat 28 of the valve foot or this valve itself.

De même, il a été décrit que le corps de pompe était avantageusement réalisé en rapportant dans un élément de tube réalésé un chemisage métallique 21. Mais L'on pourrait tout aussi bien prévoir qu'à la place d'un tel élément, on pourrait utiliser pour L'élément de colonne de soutènement 19 correspondant un élément métallique massif, par exemple en Laiton qui viendrait s'intégrer au reste de la colonne en remplacement d'un tronçon de tube en PVC. Likewise, it has been described that the pump body is advantageously produced by fitting a metal jacket 21 into a re-bored tube element. However, one could just as easily provide that instead of such an element, one could use for the supporting column element 19 corresponding a solid metallic element, for example brass which would integrate with the rest of the column to replace a section of PVC tube.

On notera que dans la réalisation illustrée, la mise en place du piston et du siège de clapet de pied se fera très facilement par simple descente dans la colonne 12 de soutènement étant donné que cette colonne présente un diamètre nettement supérieur (dans l'exemple donné de 7 mm) à ce lui du piston de la pompe qui coopère avec un corps de pompe rapporté dans la colonne de soutènement et de diamètre Légèrement inférieur. Mais L'on notera également qu'au niveau du débit de pompage, le diamètre de la colonne de remontée d'eau est égal à celui de La colonne de soutènement, c' est-à-dl re que pour un même diamètre de forage, Le débit obtenu peut être de trois à quatre fois plus important par rapport à L art antérieur classique. It will be noted that in the illustrated embodiment, the positioning of the piston and of the foot valve seat will be very easy by simple descent into the support column 12 since this column has a much larger diameter (in the example given 7 mm) to that of the pump piston which cooperates with a pump body attached to the support column and of slightly smaller diameter. But It will also be noted that at the level of the pumping flow, the diameter of the water lift column is equal to that of the support column, that is to say that for the same borehole diameter , The flow obtained can be three to four times greater compared to the conventional prior art.

Claims

1. Device for pumping water from a small diameter borehole of the type using a valve pump immersed towards the bottom of the drilling support column and the piston of which is actuated from the surface by a train of rods or by a cable, characterized in that in order to obtain a greater extraction rate from the same drilling diameter (10), the pump body (21) is integrated into the base of the support column (12) which forms a riser for pumped water.

2. Device according to claim 1 characterized in that the pump body is made by a metal liner (21) such as brass, integrated inside the support column (12) near its lower end.

3. Device according to claim 1 characterized in that the pump body is made by a metal section, as formed in Brass, forming one of the base sections of the support column (12).

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pump body (21) has an internal diameter slightly smaller than that of the support column (12, 19) so as to allow the piston to pass with a certain clearance. (22) of the pump inside said column.

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the piston (22) is secured by means of a variable length attachment means such as a sliding rod (26) or a cable for the foot seat ( 28) or the foot valve (27) of the pump.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the seat of the foot valve (28) is supported at the lower end of the pump body (21) on a narrowed part (29) of the pump body.

7. Device according to claim 5 or claim 6 characterized in that the foot valve (27) is fixed in the intermediate position on a rod (26) sliding towards its ends with clearance respectively in a first paLier (25) integral with the piston (22) and in a second bearing (30) integral with the valve seat (28), stops (31-34) being provided at each end of the rod preventing it from coming out of said bearings and mechanically joining together the piston (22) and the seat (28) of the foot valve through the intermediary of said rod (26).

8. Device according to one of the preceding claims characterized in that the piston (22) has at its upper end a bell-shaped part (24) which supports it and to which the end of the drill string is attached or of the pump operating cable (23).

9. Device according to claim 8 characterized in that said bell (24) comprises a bearing (37) for guiding the movement of the rod (36) of the upper valve (35) of the pump.

10. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the different elements of the column (12) are assembled together with the interposition of sealing means.