La présente invention concerne une pompe alternative immergée, destinée à élever des fluides de puits ou forages de toutes profondeurs et de tous diamètres.
Il est connu, pour élever de l'eau de nappes phréatiques situées à grande profondeur, d'utiliser une pompe noyée, disposée à la base d'un forage de dimensions appropriées, mue mécaniquement à partir de la surface. Ces problèmes d'eau potable se posant principalement dans des zones désertiques, à faible densité de population, qui ne sont desservies par aucun réseau d'énergie, l'actionnement de ces pompes fait appel à l'énergie humaine ou animale.
Le plus simple de ces dispositifs, et aussi le plus répandu pour équiper les points d'eau des villages, est constitué d'un cylindre rigide fermé, comportant, à sa base, un clapet d'aspiration et, à son sommet, un clapet de refoulement desservant une tuyauterie de refoulement de l'eau pompée vers la surface ; l'aspiration et le refoulement de l'eau étant obtenus par l'intermédiaire d'une baudruche cylindrique souple, située à l'intérieur du cylindre rigide ;le gonflement et le dégonflement de ladite baudruche étant obtenus par l'intermédiaire d'une tuyauterie reliée à la base d'un cylindre muni d'un piston situé à l'extrémité inférieure d'une tige, dont l'autre extrémité comporte une pédale d'actionnement au pied, nécessitant l'application, sur cette pédale, de tout le poids de l'utilisateur, et ceci de façon répétée, jusqu'à obtention de la quantité d'eau nécessaire, ce qui devient vite assez exténuant.
On connaît aussi, par le brevet d'invention français n[deg] 735 656, des perfectionnements apportés aux pompes de forage adaptées aux forages très étroits de grande profondeur. Le cylindre et le piston sont constitués de deux tubes coulissant l'un dans l'autre, permettant de supprimer le guidage de la tige de commande et d'effectuer le refoulement du liquide suivant l'axe commun du piston et du cylindre et, par suite, de diminuer l'encombrement en largeur de l'ensemble, ce qui permet, en utilisant deux forages, de faire fonctionner conjointement et alternativement deux pompes de ce type, situées chacune dans un forage. Le fonctionnement alternatif de ces deux pompes est obtenu par l'intermédiaire d'un balancier, dont chacune des extrémités est reliée à la tige de commande de l'une des pompes.Il s'agit donc de l'association de deux pompes identiques, situées dans des forages différents réalisés dans ce but, leur fonctionnement alternatif ne résultant que du mode de liaison de leurs tiges de commande. Il s'agit donc d'une solution très coûteuse en forage et en matériel, qui n'est guère à la portée financière des intéressés.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cette invention, telle qu'elle se caractérise, résout le problème consistant à créer une pompe alternative immergée, destinée à élever des fluides dans des puits ou des forages de toutes profondeurs et de tous diamètres, avec laquelle, d'une part, un débit régulier puisse être obtenu en ne faisant travailler les commandes que dans un sens, et, d'autre part, la mise en u̇vre soit facile, que ce soit à la descente ou à la remontée, quelle que soit la profondeur du forage ; la commande mécanique pouvant être remplacée par une commande hydraulique, permettant d'obtenir des pressions de commande importantes, utilisables en forage très profond.
La pompe alternative immergée pour forage selon l'invention, comportant deux pistons se déplaçant dans des cylindres disposés parallèlement sous l'effet de commandes indépendantes actionnées alternativement depuis la surface, se caractérise principalement en ce que les deux cylindres sont situés à l'intérieur d'un carter cylindrique, fermé à sa partie supérieure en ménageant un espace de refoulement commun, relié à la surface par une tuyauterie ; ledit espace de refoulement étant mis en communication avec l'intérieur des cylindres par des orifices contrôlés par des clapets de refoulement situés dans l'espace de refoulement ; en ce que les pistons sont fixés à l'extrémité de tiges creuses, contrôlées par des clapets d'aspiration et dont l'extrémité inférieure est située dans la partie inférieure du carter communiquant avec la nappe de liquide ;en ce que lesdits pistons sont actionnés, à partir de la surface, par l'intermédiaire d'un dispositif mû par un balancier, et en ce que les tiges des pistons sont reliées, vers le bas, par l'intermédiaire d'un lien souple, en prise sur une poulie à gorge d'axe de rotation solidaire de la partie inférieure du carter.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif d'actionnement des pistons est constitué de deux chambres, de volume variable, reliées par des tuyauteries à la base des deux cylindres de pompe, équipées chacune d'un piston relié par une tige à chacun des bras du balancier ; ces deux chambres étant reliées latéralement à un réservoir, situé à l'extrémité de la tuyauterie de refoulement et, à l'air libre, par des clapets de surpression, disposés à la base de chacune des chambres ; la base des cylindres de pompe étant, dans ce mode de réalisation, partiellement obturée, afin de ne laisser passer que les tiges creuses, dont l'extrémité inférieure est en communication permanente avec la nappe de liquide.
Selon un mode de réalisation simplifié, le dispositif d'actionnement des pistons est constitué de deux câbles souples, reliés, vers le bas, à l'extrémité inférieure de la tige des pistons et, vers le haut, aux bras du balancier.
Les avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent essentiellement en ce que la tuyauterie de refoulement peut être flexible, puisqu'elle ne sert pas de guidage indispensable à une commande rigide qui doit fonctionner dans les deux sens, ce qui offre une facilité de mise en u̇vre dans le forage, qui est souvent difficile lorsqu'elle réclame le raccordement d'éléments vissés, en ce que les dispositifs de rappel par ressorts ou contrepoids, qui gaspillent de l'énergie, sont supprimés, en ce que la combinaison de deux cylindres travaillant alternativement permet d'obtenir un débit régulier, en ce que l'effort de pompage est diminué du fait de la section plus réduite des cylindres et en ce que la solution à actionnement hydraulique, de part les pressions de commande importantes qu'elle permet de développer, se prête, par conséquent,à des utilisations avec hauteur manométrique importante ; elle autorise, par conséquent, l'utilisation en forage profond.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description schématique qui va suivre des modes de réalisation à commandes mécanique et hydraulique, réalisés selon l'invention, donnés à titre d'exemple non limitatif, au regard des figures annexées, sur lesquelles : la figure 1 représente une vue en élévation et en coupe de la pompe alternative à commande mécanique, la figure 2 représente une vue en élévation et en coupe de la pompe alternative à commande hydraulique.
Les figures représentent, concernant le mode de réalisation à commande mécanique, une pompe alternative immergée, comportant deux cylindres 10 et 20 disposés parallèlement dans un carter cylindrique 30 comportant, à sa partie supérieure, un espace de refoulement 31 contrôlé par des clapets 32, 33 et, à sa partie inférieure 34, un espace d'aspiration ; les deux cylindres 10 et 20 étant équipés chacun d'un piston 11, 21 fixé à l'extrémité d'une tige creuse 12, 22 communiquant, respectivement, avec la partie supérieure des cylindres 10, 20 sous le contrôle de clapets 35, 36 et avec la partie inférieure du carter cylindrique 30, en communication avec la nappe de liquide 1 ;le fonctionnement alternatif des pistons 11, 21 étant assuré et contrôlé par l'intermédiaire d'un lien souple 40, engagé sur une poulie à gorge 41, dont chacune des extrémités 42 et 43 est reliée à l'extrémité inférieure des tiges creuses 12, 22 ; le dispositif d'actionnement de la pompe étant constitué de deux câbles 51 et 52, reliés, d'une part, aux bras 61, 62 du balancier de man u̇vre 60 et, d'autre part, à des équerres 13, 23, fixées perpendiculairement à l'extrémité des tiges creuses 12, 22.
Concernant le mode de réalisation à commande hydraulique, la pompe alternative immergée dont il s'agit se distingue du mode de réalisation mécanique par la fermeture partielle de la base des cylindres 10 et 20 par des bouchons annulaires 14, 25, laissant le passage aux tiges creuses 12, 22, tout en assurant l'étanchéité par des joints 141, 251 ; les équerres de man u̇vre 13, 23 et les câbles 51, 52 étant supprimés et remplacés par des orifices 16, 26, ménagés à la base des cylindres 10, 20 de pompe, reliés par tuyauteries souples 71 et 72 à la base de chambres 73, 74 dans lesquelles coulissent des pistons 75, 76, reliés au balancier 60 par des tiges 77, 78, qui contrôlent la mise en communication desdites chambres 73, 74 avec un réservoir 81 de mise en charge du dispositif, équipé d'une tuyauterie de déversement 85 ;les deux tuyauteries souples 71 et 72 reliant la base des cylindres 10 et 20 aux chambres 73, 74, étant munies, au niveau de leur raccordement avec celles-ci, de clapets 79 de décharge tarés, et la mise en charge du dispositif étant assurée par des conduites 82, 83 reliant le réservoir 81 aux chambres 73, 74.
En examinant plus en détail la figure 1, correspondant à la pompe à commande mécanique, on remarque que, pour obtenir une remontée d'eau de la nappe 1 vers la surface par le tube 2, il suffit d'actionner alternativement le balancier 60, afin que, par l'intermédiaire de l'un des câbles, l'un des pistons 21 se déplace dans le même sens, c'est-à-dire vers le haut dans ce cas, ce qui provoque l'application du clapet 36 sur l'extrémité de la tige creuse 22, le soulèvement du clapet 33 et le passage du liquide contenu dans le cylindre 20 vers l'espace 31 situé à la partie supérieure du carter 30, puis vers la tuyauterie de refoulement 37, alors que, par l'intermédiaire du lien 40 reliant la base des tiges 12, 22, le piston 11 de l'autre cylindre 10 est entraîné vers le bas,en provoquant l'application du clapet 32 de communication avec l'espace de refoulement 31 et le soulèvement du clapet 35 de communication de la tige 12 avec la partie du cylindre 10 située au-dessus du piston 11 ; ce qui entraîne un passage progressif de liquide au-dessus dudit piston 11, jusqu'à ce que celui-ci arrive à son point mort bas - ce mouvement ayant amené le piston 21 de l'autre cylindre 20 à son point mort haut ; on comprend qu'il suffit d'actionner alternativement le balancier 60 pour obtenir une remontée continue de liquide par la tuyauterie 37, avec un débit fonction de la vitesse de man u̇vre du balancier 60. On comprend aussi que, selon ce mode de réalisation, la tuyauterie de refoulement 37, ainsi que les câbles 51, 52, peuvent être souples, ce qui facilite grandement le stockage, le transport et la mise en u̇vre de la pompe.
En se rapportant maintenant à la figure 2, on remarque que ce mode de réalisation ne diffère principalement que par la nature du dispositif de commande des pistons, car la conception et le fonctionnement de la pompe sont les mêmes, sauf que le déplacement des pistons 11, 21 est obtenu par une pression hydraulique exercée sous ceux-ci, par l'intermédiaire des tuyauteries 71 et 72 maintenues pleines en permanence par les chambres 73 et 74, dont la cylindrée correspond sensiblement à celle de chacun des éléments de pompe, avec alimentation permanente par les conduites 82 et 83 les reliant au réservoir 81 situé à l'extrémité de la tuyauterie de refoulement 80, à partir duquel s'effectue le déversement par la tuyauterie de déversement 85.Les clapets de décharge 79 sont réglés pour obtenir une fuite d'eau vers l'extérieur en cas de blocage hydraulique des pistons 75, 76 des chambres 73, 74. On remarque que, dans ce mode de réalisation aussi, les tuyauteries 71, 72 et 80 peuvent être souples, facilitant ainsi stockage, transport et mise en u̇vre, avec cette différence que, par le jeu des sections et de la hauteur manométrique, ce mode de réalisation est applicable à des forages de très grande profondeur.The present invention relates to a submerged alternative pump for raising well fluids or boreholes of any depth and diameter.
It is known, for raising water from deep water tables, to use a flooded pump, disposed at the base of a borehole of suitable dimensions, mechanically moved from the surface. These drinking water problems arise mainly in desert areas, low population density, which are not served by any energy network, the actuation of these pumps uses human or animal energy.
The simplest of these devices, and also the most common to equip the water points of the villages, consists of a closed rigid cylinder, having, at its base, a suction valve and, at its summit, a valve discharge system serving a delivery pipe for water pumped to the surface; the suction and the discharge of the water being obtained by means of a flexible cylindrical balloon situated inside the rigid cylinder, the inflation and deflation of said balloon being obtained by means of piping connected to the base of a cylinder provided with a piston located at the lower end of a rod, the other end has a foot pedal, requiring the application on this pedal, all the weight of the user, and this repeatedly, until the amount of water needed, which quickly becomes quite exhausting.
French patent specification No. 735 656 also discloses improvements made to drilling pumps adapted to very narrow boreholes of great depth. The cylinder and the piston consist of two tubes sliding one inside the other, to eliminate the guiding of the control rod and to discharge the liquid along the common axis of the piston and the cylinder and, by subsequently, reduce the overall width of the assembly, which allows, using two holes, to operate jointly and alternately two pumps of this type, each located in a borehole. The alternative operation of these two pumps is obtained by means of a rocker, each end of which is connected to the control rod of one of the pumps. It is therefore the combination of two identical pumps, located in different boreholes made for this purpose, their alternative operation only resulting from the mode of connection of their control rods. It is therefore a very expensive solution in drilling and equipment, which is hardly within the financial reach of those concerned.
The present invention aims to overcome these disadvantages. This invention, as it is characterized, solves the problem of creating an immersed alternative pump, intended to raise fluids in wells or boreholes of any depth and diameter, with which, on the one hand, a flow regular can be obtained by making the orders work in one direction, and, on the other hand, the implementation is easy, whether on the descent or the ascent, regardless of the depth of drilling; the mechanical control can be replaced by a hydraulic control, to obtain significant control pressures, used in very deep drilling.
The submerged alternative pump for drilling according to the invention, comprising two pistons moving in cylinders arranged in parallel under the effect of independent controls actuated alternately from the surface, is mainly characterized in that the two cylinders are located inside a cylindrical casing, closed at its upper part by providing a common discharge space, connected to the surface by a pipe; said discharge space being communicated with the interior of the cylinders by orifices controlled by discharge valves located in the discharge space; in that the pistons are fixed at the end of hollow rods, controlled by suction valves and whose lower end is situated in the lower part of the casing communicating with the sheet of liquid; in that said pistons are actuated , from the surface, via a device moved by a rocker arm, and in that the rods of the pistons are connected, downwards, by means of a flexible link, engaged on a pulley groove rotational axis integral with the lower part of the housing.
According to a preferred embodiment, the device for actuating the pistons consists of two chambers, of variable volume, connected by pipes at the base of the two pump cylinders, each equipped with a piston connected by a rod to each of the arm of the pendulum; these two chambers being connected laterally to a tank, located at the end of the discharge pipe and, in the open air, by pressure relief valves, arranged at the base of each of the chambers; the base of the pump cylinders being, in this embodiment, partially closed, in order to let only the hollow rods, whose lower end is in permanent communication with the sheet of liquid.
According to a simplified embodiment, the actuating device of the pistons consists of two flexible cables, connected downwardly to the lower end of the piston rod and, upwardly, to the arms of the balance.
The advantages achieved by this invention consist essentially in the fact that the discharge pipe can be flexible, since it does not serve as an indispensable guide for a rigid control which must work in both directions, which makes it easy to in the borehole, which is often difficult when it requires the connection of screwed elements, in that the return devices by springs or counterweights, which waste energy, are removed, in that the combination of two cylinders working alternately allows to obtain a regular flow, in that the pumping force is decreased due to the smaller section of the cylinders and in that the hydraulically actuated solution, due to the large control pressures it allows to develop, lends, therefore, to uses with significant head; it allows, therefore, the use in deep drilling.
Other features and advantages will become apparent in the following schematic description of the embodiments with mechanical and hydraulic controls, made according to the invention, given by way of non-limiting example, with reference to the appended figures, in which: FIG. 1 is an elevation view in section of the mechanically actuated reciprocating pump; FIG. 2 is an elevational and sectional view of the hydraulically operated reciprocating pump.
The figures show, with respect to the mechanically controlled embodiment, an immersed alternative pump comprising two cylinders 10 and 20 arranged in parallel in a cylindrical casing 30 having, at its upper part, a discharge space 31 controlled by valves 32, 33 and at its lower portion 34, a suction space; the two cylinders 10 and 20 being each equipped with a piston 11, 21 fixed to the end of a hollow rod 12, 22 communicating, respectively, with the upper part of the cylinders 10, 20 under the control of valves 35, 36 and with the lower part of the cylindrical casing 30, in communication with the sheet of liquid 1, the alternative operation of the pistons 11, 21 being ensured and controlled by means of a flexible link 40, engaged on a grooved pulley 41, each of the ends 42 and 43 is connected to the lower end of the hollow rods 12, 22; the actuating device of the pump consisting of two cables 51 and 52, connected, on the one hand, to the arms 61, 62 of the operating beam 60 and, on the other hand, to brackets 13, 23, fixed perpendicular to the end of the hollow rods 12, 22.
With regard to the hydraulically controlled embodiment, the immersed alternative pump in question is distinguished from the mechanical embodiment by partially closing the base of the cylinders 10 and 20 by annular plugs 14, 25, leaving the passage to the rods. hollow 12, 22, while sealing with seals 141, 251; the operating brackets 13, 23 and the cables 51, 52 are removed and replaced by orifices 16, 26, formed at the base of the pump cylinders 10, 20, connected by flexible pipes 71 and 72 to the base of chambers 73 , 74 in which slide pistons 75, 76, connected to the balance 60 by rods 77, 78, which control the communication of said chambers 73, 74 with a reservoir 81 for loading the device, equipped with a pipe of spill 85, the two flexible pipes 71 and 72 connecting the base of the cylinders 10 and 20 to the chambers 73, 74, being provided, at their connection with them, valved discharge valves 79, and the loading of the device being provided by lines 82, 83 connecting the reservoir 81 to the chambers 73, 74.
By examining in more detail FIG. 1, corresponding to the mechanically controlled pump, it is noted that, in order to obtain a rise in water of the sheet 1 towards the surface by the tube 2, it suffices to actuate alternately the rocker 60, so that, via one of the cables, one of the pistons 21 moves in the same direction, that is to say upwards in this case, which causes the application of the valve 36 on the end of the hollow rod 22, the lifting of the valve 33 and the passage of the liquid contained in the cylinder 20 to the space 31 located at the top of the housing 30, then to the discharge pipe 37, while, through the link 40 connecting the base of the rods 12, 22, the piston 11 of the other cylinder 10 is driven downwards, causing the application of the valve 32 to communicate with the discharge space 31 and the lifting of the valve 35 for communicating the rod 12 with the part of the cylinder 10 situated above the piston 11; which causes a progressive passage of liquid above said piston 11, until it reaches its bottom dead point - this movement having brought the piston 21 of the other cylinder 20 to its top dead center; it will be understood that it suffices to actuate alternately the rocker 60 to obtain a continuous rise of liquid via the pipe 37, with a flow rate that is a function of the operating speed of the rocker 60. It is also understood that, according to this embodiment, the delivery pipe 37, as well as the cables 51, 52, can be flexible, which greatly facilitates the storage, transport and implementation of the pump.
Referring now to Figure 2, it is noted that this embodiment differs mainly only in the nature of the piston control device, because the design and operation of the pump are the same, except that the displacement of the pistons 11 , 21 is obtained by a hydraulic pressure exerted thereon, by means of the pipes 71 and 72 maintained permanently solid by the chambers 73 and 74, whose displacement substantially corresponds to that of each of the pump elements, with feeding The pipes 82 and 83 connect them to the tank 81 located at the end of the discharge pipe 80, from which the discharge is discharged via the discharge pipe 85. The discharge valves 79 are adjusted to obtain a leak. outwardly in case of hydraulic blocking of the pistons 75, 76 of the chambers 73, 74. It is noted that, in this embodiment also, the pipes 71, 72 and 80 can be flexible, facilitating storage, transport and implementation, with the difference that, by the play of the sections and the head, this embodiment is applicable to drilling of very great depth.
REVENDICATIONS
1. Pompe alternative immergée pour forage, comportant deux pistons se déplaçant dans des cylindres disposés parallèlement sous l'effet de commandes indépendantes actionnées alternativement depuis la surface, caractérisée en ce que les deux cylindres (10, 20) sont situés à l'intérieur d'un carter cylindrique (30), fermé à sa partie supérieure en ménageant un espace de refoulement commun, relié à la surface par une tuyauterie (37, 80) ; ledit espace de refoulement (31) étant mis en communication avec l'intérieur des cylindres (10, 20) par des orifices (16, 26) contrôlés par des clapets de refoulement (32, 33) situés dans l'espace de refoulement (31) ;en ce que les pistons (11, 21) sont fixés à l'extrémité de tiges creuses (12, 22), contrôlées par des clapets d'aspiration (35, 36), dont l'extrémité inférieure est située dans la partie inférieure (34) du carter (30) communiquant avec la nappe de liquide (1), en ce que lesdits pistons (11, 21) sont actionnés à partir de la surface par l'intermédiaire d'un dispositif actionné par un balancier (60), et en ce que les tiges (12, 22) des pistons (11, 21) sont reliées, vers le bas, par l'intermédiaire d'un lien souple (40), en prise sur une poulie à gorge (41) d'axe solidaire de la partie inférieure (34) du carter (30) . 1. Submerged submersible pump for drilling, comprising two pistons moving in cylinders arranged in parallel under the effect of independent controls actuated alternately from the surface, characterized in that the two cylinders (10, 20) are located inside a cylindrical housing (30), closed at its upper part by providing a common discharge space, connected to the surface by a pipe (37, 80); said discharge space (31) being communicated with the interior of the cylinders (10, 20) through orifices (16, 26) controlled by discharge valves (32, 33) located in the discharge space (31). ) in that the pistons (11, 21) are attached to the ends of hollow rods (12, 22), controlled by suction valves (35, 36), the lower end of which is located in the part lower part (34) of the casing (30) communicating with the liquid layer (1), in that said pistons (11, 21) are actuated from the surface by means of a device actuated by a rocker (60 ), and in that the rods (12, 22) of the pistons (11, 21) are connected, downwards, by means of a flexible link (40), engaged on a grooved pulley (41) shaft integral with the lower portion (34) of the housing (30).