FR2658870A1

FR2658870A1 - SELF - PRIMING SCREW PUMP AND PUMPING METHOD USING THE SAME.

Info

Publication number: FR2658870A1
Application number: FR9002553A
Authority: FR
Inventors: Girardet Claude
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-08-30
Anticipated expiration: 2010-02-23
Also published as: FR2658870B1; EP0483298A1; WO1991013258A1

Abstract

A self-priming device for pumping a carrier fluid from a first to a second enclosure (5), comprising a (depression effect) self-priming pump including an endless screw (1) attached to a core (30) in order to form threads which define a series of sucessive spaces forming a pumping chamber (31), the capacity of which increases from the inlet (32) and towards the outlet (33) thereof. Said device is characterized in that its outlet (33) opens into the second enclosure (5) and is submerged in the carrier fluid held therein so that on priming, the so-called major carrier, in the second enclosure (5) is lifted through the same opening (33) faster than the pump injects it into the screw (1).

Description

POMPE AUTO-AMORCANTE A VIS SANS FIN ET PROCEDE DE POMPAGE UTILISANT
LADITE POMPE
La présente invention concerne une pompe auto-amorçante.SELF-PRIMING SCREW PUMP AND PUMPING METHOD USING THE SAME
SAID PUMP
The present invention relates to a self-priming pump.

Le terme "auto-amorçant" signifie que L'on peut créer une dépression ou une succion, de telle sorte que le point de départ puisse etre la pression atmosphérique et qu'on puisse véhiculer des produits liquides ou gazeux, de densité supérieure à la densité de l'air, sur des dénivellations de plusieurs mètres.The term "self-priming" means that one can create a depression or a suction, so that the starting point can be atmospheric pressure and that one can convey liquid or gaseous products, of density greater than the air density, over elevations of several meters.

Les principales pompes auto-amorçantes existantes sont du type dit à engrenages, à clapets, à membranes, péristaltiques ou d'un type plus récent consistant en une pompe qui utilise l'effet de déformation d'un liquide porteur, créant une dépression (voir brevet US-A-4,562,605). The main existing self-priming pumps are of the so-called gear, valve, diaphragm, peristaltic type or of a more recent type consisting of a pump which uses the deformation effect of a carrier liquid, creating a depression (see US-A-4,562,605).

L'invention permet, par un autre procédé, de créer, à L'aide d'un porteur quelconque, une succion ou une dépression. Ce procédé consiste à créer une différence de débit entre le porteur dont La quantité d'introduction dans la pompe est inférieure à la quantité d'extraction (voir fig 1, 2, 3). The invention makes it possible, by another method, to create, using any carrier, suction or depression. This process consists in creating a difference in flow rate between the carrier whose amount of introduction into the pump is less than the amount of extraction (see fig 1, 2, 3).

En général, une pompe est destinée à pomper un porteur qui se situe dans une première enceinte, vers une seconde enceinte. In general, a pump is intended to pump a carrier which is located in a first enclosure, towards a second enclosure.

Ce flux est appelé "fluide minoritaire".This flow is called "minority fluid".

Le procédé peut être obtenu par le fait que la chambre de pompage va en augmentant lorsque L'on se déplace dans le sens du porteur à pomper. Le terme "porteur" désigne un fLuide liquide, gazeux ou pulvérulent. The method can be obtained by the fact that the pumping chamber increases while moving in the direction of the carrier to be pumped. The term "carrier" designates a liquid, gaseous or pulverulent fluid.

Dans le cas de l'invention, cette variation de volume de la chambre fait qu'une partie du porteur, remplissant la seconde enceinte, est aspirée en sens inverse de la direction du porteur minoritaire. In the case of the invention, this variation in volume of the chamber means that part of the carrier, filling the second enclosure, is sucked in opposite direction to the direction of the minority carrier.

La somme du flux minoritaire et du flux majoritaire constitue le porteur résultant. The sum of the minority flow and the majority flow constitutes the resulting bearer.

Le porteur majoritaire provient de la deuxième enceinte 5 consistant en un bac. Un tel genre de pompe fonctionne à condition que la sortie de la pompe soit immergée dans le porteur contenu dans la deuxième enceinte. The majority carrier comes from the second enclosure 5 consisting of a tank. Such a pump works on condition that the outlet of the pump is immersed in the carrier contained in the second enclosure.

Du fait de la variation de ta chambre de pompage, une partie du porteur, contenue dans la deuxième enceinte, est aspirée dans la chambre de pompage, selon un sens inverse de ce lui du porteur minoritaire, jusqu'au niveau de la chambre de pompage du porteur minoritaire venant de la première enceinte, si bien que le porteur minoritaire est mélangé au porteur majoritaire. Due to the variation in your pumping chamber, part of the carrier, contained in the second enclosure, is sucked into the pumping chamber, in a direction opposite to that of the minority carrier, up to the level of the pumping chamber. of the minority carrier coming from the first enclosure, so that the minority carrier is mixed with the majority carrier.

Dans le cas où le porteur de la deuxième enceinte est constitué par un liquide, le porteur, compris entre la chambre de pompage et la première enceinte, est constitué de gaz, alors que le porteur résultant est constitué d'un mélange de liquide et de bulles de gaz. In the case where the carrier of the second enclosure is constituted by a liquid, the carrier, comprised between the pumping chamber and the first enclosure, consists of gas, while the resulting carrier consists of a mixture of liquid and gas bubbles.

Il en résulte que, très rapidement, cette partie gazeuse est chassée dans la deuxième enceinte, créant, dans La pompe d'entrée, une dépression qui aspire le produit liquide de la première enceinte. It follows that, very quickly, this gaseous part is expelled into the second enclosure, creating, in the inlet pump, a vacuum which sucks the liquid product from the first enclosure.

A partir de ce moment, le porteur minoritaire est liquide. From this moment, the minority holder is liquid.

La pompe fonctionne, également, lorsque la deuxième enceinte est remplie de gaz et que la première enceinte est remplie d'un gaz à pomper ou d'un liquide à pomper. Cette variation de la chambre peut être obtenue a) - dans une vis sans fin à pas variable dont L'âme centrale peut
être linéaire ou conique, b) - dans une vis sans fin à pas constant dont la partie centra le
peut être linéaire ou conique.The pump also works when the second enclosure is filled with gas and the first enclosure is filled with a gas to be pumped or a liquid to be pumped. This variation of the chamber can be obtained a) - in an endless screw with variable pitch whose central core can
be linear or conical, b) - in a worm with constant pitch whose part centered
can be linear or conical.

Les paramètres de variation de pas de vis, de conicité (linéaire, concave, convexe, en escalier ou de forme indéterminée) influencent le rendement de la pompe. The parameters of variation of screw pitch, taper (linear, concave, convex, stepped or of indefinite shape) influence the efficiency of the pump.

Ce principe de fonctionnement est que le volume d'entrée de la chambre de pompage du produit porteur est inférieur au volume de sortie de la chambre de pompage. Quel que soit le diamètre, la longueur, le pas de la vis, l'angle du cône, ces paramètres n'interviennent que pour l'obtention de rendements différents (différence de valeur de succion ou de dépression, différence de débit). This operating principle is that the inlet volume of the pumping chamber of the carrier product is less than the outlet volume of the pumping chamber. Whatever the diameter, the length, the pitch of the screw, the angle of the cone, these parameters only intervene to obtain different yields (difference in suction or vacuum value, difference in flow rate).

Le principe de fonctionnement demeure si le pas de la vis est à droite ou à gauche. The operating principle remains whether the pitch of the screw is on the right or on the left.

Le principe de fonctionnement est basé sur le fait que la rotation de la vis qui, à compter d'une certaine vitesse refoule le porteur majoritaire pLus rapidement qu'elle ne l'introduit à l'intérieur de la vis, crée ainsi une dépression (cette vitesse de rotation minimum sera dénommée "vitesse d'amorçage"), permettant ainsi l'aspiration d'un produit porteur minoritaire. The operating principle is based on the fact that the rotation of the screw which, from a certain speed pushes back the majority carrier faster than it introduces it inside the screw, thus creates a depression ( this minimum speed of rotation will be called "priming speed"), thus allowing the suction of a minority carrier product.

Une fois La vitesse d'amorçage atteinte, le débit du porteur minoritaire augmente suivant une fonction, en rapport avec l'augmentation de la vitesse de rotation de la vis. Cette pompe ne peut fonctionner qu'avec un produit primaire porteur. Once the priming speed is reached, the flow rate of the minority carrier increases according to a function, in relation to the increase in the speed of rotation of the screw. This pump can only operate with a primary carrier product.

La partie, entraînant la rotation de la vis, peut être un moteur électrique, une turbine hydraulique, une turbine pneumatique ou tout autre système entraînant la rotation d'un axe. The part, causing the rotation of the screw, can be an electric motor, a hydraulic turbine, a pneumatic turbine or any other system causing the rotation of an axis.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description et des exemples de réalisation suivants, faits en référence aux dessins annexés sur lesquels - la fig. 1 est une coupe verticale de la partie pompe représentée
schématiquement pour en expliquer Le fonctionnement, - les fig. 2 et 3 sont des coupes verticales représentant des
réalisations pratiques de la pompe, non limitatives, données
simplement à titre d'exemples, - la fig. 4 est une coupe verticale prise à partir de la fig. 1
d'un exempLe d'entraînement de la vis 1, à L'aide d'un moteur
électrique, - les fig. 5 et 5a représentent, de manière schématique,
l'entraînement magnétique situé en bout de vis, - les fig. 6 et 6a représentent, de manière schématique,
l'entraînement magnétique solidaire de l'axe d'entraînement du
moteur, - La fig. 7 représente une coupe verticale schématique d'une pompe
et d'une partie motrice.Other characteristics and advantages of the invention will be better understood on reading the following description and exemplary embodiments, made with reference to the appended drawings in which - FIG. 1 is a vertical section of the pump part shown
schematically to explain how it works, - figs. 2 and 3 are vertical sections representing
practical achievements of the pump, not limiting, given
simply as examples, - fig. 4 is a vertical section taken from FIG. 1
an example of screw drive 1, using a motor
electric, - fig. 5 and 5a represent, schematically,
the magnetic drive located at the end of the screw, - figs. 6 and 6a represent, schematically,
the magnetic drive integral with the drive axis of the
engine, - Fig. 7 shows a schematic vertical section of a pump
and a driving part.

Selon l'invention, la pompe comporte, selon un premier exemple de réalisation (fig. 1 et 2), une vis 1 sans fin dont L'âme 30 est conique et le diamètre extérieur des filets constant. According to the invention, the pump comprises, according to a first embodiment (fig. 1 and 2), an endless screw 1 whose core 30 is conical and the outside diameter of the threads constant.

La partie de la vis proche de L'entrée de la pompe débouchant dans la première enceinte, est appelée partie antérieure 32 de la vis 1 et la partie débouchant dans la deuxième enceinte 5 est appelée partie postérieure 33 de la vis 1. The part of the screw close to the inlet of the pump opening into the first enclosure is called the front part 32 of the screw 1 and the part opening into the second enclosure 5 is called the rear part 33 of the screw 1.

Le volume dans la profondeur d'un filet augmente lorsque L'on se déplace de L'entrée de la pompe vers sa sortie dans la deuxième enceinte 5. La vis 1 est montée dans une chambre 31 cylindrique, de diamètre constant. The volume in the depth of a thread increases when one moves from the inlet of the pump to its outlet in the second enclosure 5. The screw 1 is mounted in a cylindrical chamber 31, of constant diameter.

Selon un second exemple de réalisation (fig. 3), L'âme 30 de la vis 1 a un diamètre constant tout au long de la vis 1 et le diamètre extérieur des filets est conique. Le petit diamètre du cône est situé à L'entrée du porteur minoritaire et le grand diamètre à la sortie de la deuxième enceinte 5. According to a second exemplary embodiment (FIG. 3), the core 30 of the screw 1 has a constant diameter all along the screw 1 and the outside diameter of the threads is conical. The small diameter of the cone is located at the entry of the minority carrier and the large diameter at the exit of the second enclosure 5.

La chambre 31 est alors conique, de même conicité que la vis 1. The chamber 31 is then conical, with the same conicity as the screw 1.

La partie antérieure 32 de la vis 1 est reliée à une base de L'entraînement magnétique solidaire de la vis 1. La liaison axe entraînant-axe entraîné est mécanique avec, par exemple, étanchéité par joint tournant. The front part 32 of the screw 1 is connected to a base of the magnetic drive integral with the screw 1. The connection between the driving axis and the driven axis is mechanical with, for example, sealing by rotary joint.

Une bille de butée 3 en matériau conducteur ou non d'électricité, est située entre cette base d'entraînement et une butée 7. La bille de butée 3 sert, également, de point d'axe de rotation de la vis 1. A stop ball 3 made of electrically conductive material or not, is located between this drive base and a stop 7. The stop ball 3 also serves as a point of axis of rotation of the screw 1.

Une butée 7 et une électrode 6 permettent une prise d'information pour la mesure de résistivité du bain résultant, en vue de son contrôle. A stop 7 and an electrode 6 allow information to be taken for measuring the resistivity of the resulting bath, with a view to checking it.

Pour l'électrode repère 6, Le matériau utilisé devra être conducteur de l'électricité. Pour la butée repère 7, le matériau utilisé devra être conducteur de l'électricité, non magnétique lors d'un couplage magnétique entre la partie entraînante et la partie entraînée. For the reference electrode 6, the material used must be electrically conductive. For the stop marker 7, the material used must be electrically conductive, not magnetic during magnetic coupling between the driving part and the driven part.

La flèche 8 indique le sens d'aspiration du porteur majoritaire, tandis que la flèche 9 indique le sens du produit porteur minoritaire venant de la première enceinte. The arrow 8 indicates the direction of aspiration of the majority carrier, while the arrow 9 indicates the direction of the minority carrier product coming from the first enclosure.

La flèche 10 représente la résultante, aprés amorçage, du
Liquide porteur majoritaire + liquide porteur minoritaire.The arrow 10 represents the result, after priming, of the
Majority carrier liquid + minority carrier liquid.

Un clapet anti-retour 11 est fixé sur L'entrée de la pompe. La pompe est fixée, soit par axe, écrou fileté, clip ou tout autre moyen représenté schématiquement par la référence 12. A non-return valve 11 is fixed to the inlet of the pump. The pump is fixed either by axis, threaded nut, clip or any other means shown schematically by the reference 12.

La vis 1 étant en rotation suivant le sens du pas (droite ou gauche) attire le liquide porteur 8 à contre sens, provoquant une résistance à l'introduction du liquide porteur. Suivant le diagramme, le liquide porteur sort en 10 avec un volume supérieur au volume d'entrée créant une dépression et nous retrouvons, à cet endroit, un mélange du liquide porteur 8 et du liquide porteur minoritaire 9. The screw 1 being rotated in the direction of the pitch (right or left) attracts the carrier liquid 8 against the direction, causing resistance to the introduction of the carrier liquid. According to the diagram, the carrier liquid leaves at 10 with a volume greater than the inlet volume creating a depression and we find, at this point, a mixture of the carrier liquid 8 and the minority carrier liquid 9.

La partie entraînante est constituée de la butée 7 servant de prise d'information de résistivité du bain. The driving part consists of the stop 7 serving to take resistivity information from the bath.

Contre cette butée, une bille de butée 13 en matériau conducteur ou non d'électricité, limitant l'effort axial sur l'axe entraînant, qu'il soit issu d'un moteur électrique 16 ou de tout autre axe d'entraînement. Selon un exemple de réalisation, les moyens d'entraînement 14 sont constitués d'une base de l'entraînement magnétique solidaire de l'axe d'entraînement (axe d'un moteur électrique ou de tout autre axe d'entraînement). Nous remarquons le montage d'un court-circuit magnétique 20 (fig. 6). Against this stop, a stop ball 13 made of electrically conductive material or not, limiting the axial force on the driving axis, whether it comes from an electric motor 16 or from any other drive axis. According to an exemplary embodiment, the drive means 14 consist of a base of the magnetic drive secured to the drive axis (axis of an electric motor or any other drive axis). We notice the mounting of a magnetic short circuit 20 (fig. 6).

Ce moteur électrique 16 est placé dans une protection 15 et est alimenté par les lignes électriques 17 et 18. This electric motor 16 is placed in a protection 15 and is supplied by the electric lines 17 and 18.

Sur les fig. 5 et 5a, on retrouve les éléments portant les références suivantes - référence 1 : vis en matériau conducteur ou non d'électricité, - référence 2 : base de l'entraînement magnétique, - référence 3 : bille de butée, - référence 19 : pièce magnétique en terre rare, samarium, cobalt
ou néodyme de fer et de bore.In fig. 5 and 5a, there are the elements bearing the following references - reference 1: screw made of electrically conductive material or not, - reference 2: base of the magnetic drive, - reference 3: thrust ball, - reference 19: part rare earth magnetic, samarium, cobalt
or iron and boron neodymium.

Sur les fig 6 et 6a nous avons les références suivantes - référence 13 : bille de butée en matériau conducteur ou non, - référence 14 : base d'entraînement magnétique solidaire de l'axe
d'entraînement, - référence 16a : axe du moteur repère, - référence 19 : pièces magnétiques en terre rare, samarium, cobalt
ou néodyme de fer et de bore,
référence 20 : court-circuit magnétique.In fig 6 and 6a we have the following references - reference 13: thrust ball in conductive material or not, - reference 14: magnetic drive base secured to the axis
drive, - reference 16a: reference motor axis, - reference 19: rare earth magnetic parts, samarium, cobalt
or iron and boron neodymium,
reference 20: magnetic short circuit.

Ceci est un accouplement magnétique donné en exemple pour les caractéristiques suivantes 3 - référence 19 : matériau magnétique samarium cobalt 210 kj/m - dimensions : . diamètre : 6 mm,
épaisseur : 4 ou 5 mm.This is a magnetic coupling given as an example for the following characteristics 3 - reference 19: samarium cobalt magnetic material 210 kj / m - dimensions:. diameter: 6 mm,
thickness: 4 or 5 mm.

Les caractéristiques de couples d'entraînement pour l'exemple donné sont les suivantes - couple rotatif ................................. 0,35 Newton - force axiale ................................... 0,6 Newton - distance entre les deux pièces magnétiques ..... 2,5 mm
Nous remarquons, sur les fig. 6 et 6a, représentant avec plus de détails l'accouplement magnétique, que l'utilisation d'éléments en terre rare nous permet d'éviter un court circuit magnétique n'engendrant qu'une très faible perte de couple rotatif, mais simplifiant, de manière très importante, la réalisation mécanique de la vis.The characteristics of drive torques for the example given are as follows - rotary torque ................................ 0.35 Newton - axial force ................................... 0.6 Newton - distance between the two magnetic pieces ..... 2.5 mm
We notice, in figs. 6 and 6a, representing in more detail the magnetic coupling, that the use of rare earth elements allows us to avoid a magnetic short circuit causing only a very small loss of rotary torque, but simplifying, very importantly, the mechanical production of the screw.

Tout accouplement ayant des caractéristiques différentes, peut être réalisé en augmentant le nombre de pièces magnétiques. Le rayon de montage de ces pièces magnétiques est dimensionné de manière à obtenir un couple de rotation supérieur pour des pompes de dimensions supérieures. Any coupling with different characteristics can be achieved by increasing the number of magnetic parts. The mounting radius of these magnetic parts is dimensioned so as to obtain a higher torque for pumps of larger dimensions.

Les aimants en terre rare ont été utilisés de manière à réduire, pour un couple de transmission déterminé, Les dimensions mécaniques et, par conséquent, réduire L'énergie nécessaire à
L'entraînement de l'ensemble.The rare earth magnets have been used so as to reduce, for a determined transmission torque, the mechanical dimensions and, consequently, to reduce the energy necessary for
The training of the whole.

La fig. 7 reprend toutes les références citées précédemment. Fig. 7 shows all the references cited above.

L'entraînement magnétique permet d'avoir une étanchéité intrinsèque, ainsi qu'une protection moteur en cas de blocage de la partie pompe. The magnetic drive makes it possible to have an intrinsic seal, as well as motor protection in the event of blockage of the pump part.

Les différentes positions de la pompe ne modifient en aucun cas son fonctionnement. The different positions of the pump in no way modify its operation.

Au cours du fonctionnement, le porteur majoritaire remonte les filets de la vis autour de son âme à contre-courant du porteur résultant. During operation, the majority carrier raises the threads of the screw around its core against the current of the resulting carrier.

La position de la pompe, lors de sa fixation, ne modifie pas son fonctionnement. The position of the pump, when it is fixed, does not change its operation.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par L'homme de l'art aux pompes qui viennent d'etre décrites uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art to the pumps which have just been described only by way of nonlimiting examples, without departing from the scope of the invention.

Claims

1 - Automatic priming pump, characterized in that it comprises an endless screw (1) secured to a core (30) to form threads delimiting between them a series of successive volumes forming a pumping chamber whose capacity varies from the pump inlet to its outlet.

2 - Pump according to claim 1, characterized in that the core (30) is conical and the outside diameter of the threads is constant, so that the occupied volume, between two threads, increases when one moves from the front part (32) of the pump towards its rear part (33).

3 - Pump according to claim 1, characterized in that the core (30) has a constant diameter and the outer diameter of the threads is conical, so that the volume occupied between two threads increases as one moves from the front part (32) of the pump towards its rear part.

4 - seLon pump One of the preceding claims, characterized in that the thread pitch is constant.

5 - Pump according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the pitch of the threads is variable.

6 - Pump according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a magnetic drive member (14, 19, 20) including coupling parts (19) in rare earth.

7 - A method of pumping a fluid, called carrier, from a first enclosure to a second enclosure, using an automatic priming pump, according to one of claims 1 to 6,

characterized in that it consists

- plan to fill the second enclosure with

a so-called majority fluid and to immerse the

pump outlet,

- to ensure priming of the pump by setting

march of the latter in order to create a

depression in the pumping chamber and at

discharge the majority fluid from said chamber

faster than it is sucked out,

- once priming has been completed, carry out the

pumping in a conventional manner by suction of the

carrier fluid.

8 - Method according to claim 7, characterized in that it consists in creating the vacuum by suction of the majority fluid in the pumping chamber, simultaneously and in opposite direction of the suction of the carrier fluid, until the fluid majority is driven back into the second enclosure at the end of priming.

9 - Method according to claim 8, characterized in that, after priming, the variation of the pumping rate is ensured by simple variation of the speed of rotation of the pump.