FR3020097B1

FR3020097B1 - Pompe a cavites progressantes

Info

Publication number: FR3020097B1
Application number: FR1453597A
Authority: FR
Inventors: Ghislain Dewalle
Original assignee: PCM; PCM Technologies SAS
Current assignee: Pcm Fr
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2019-07-19
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: DE102015005064A1; CA2888248A1; GB201506005D0; BR102015008900A2; FR3020097A1; GB2526429A; GB2526429B

Abstract

L'invention concerne une pompe à cavités progressantes (2) comportant : - une armature (4) comprenant une ouverture d'aspiration (12) et une ouverture de refoulement (16) ; - un stator (6) fixé à l'intérieur de ladite armature (4), un logement (28) étant délimité entre l'armature (4) et le stator (6); - un rotor (8) hélicoïdal agencé dans ledit stator (6), ledit rotor (8) étant entrainé en rotation pour déplacer ledit fluide (38) ; La pompe à cavités progressantes comprend au moins un orifice d'entrée (30, 32) débouchant dans le logement (28) et sur l'ouverture d'aspiration (12) et au moins un orifice de sortie (34, 36) débouchant dans le logement (28) et sur l'ouverture de refoulement (16), une partie dudit fluide (40) étant propre à pénétrer dans ledit logement (28) par l'orifice d'entrée (30, 32) et à s'écouler à l'extérieur du logement (28) par l'orifice de sortie (34, 36).

Description

Pompe à cavités progressantes L’invention concerne une pompe à cavités progressantes.

La présente invention se situe dans le domaine des pompes de type Moineau, également appelées pompes à cavités progressantes. Elle concerne plus particulièrement les pompes à cavités progressantes ayant un stator formé à partir d’un tube profilé en métal. Ces pompes à cavités progressantes, communément appelées pompes métalliques, généralement employées lorsqu’un stator en élastomère ne peut pas résister à l’environnement thermique ou chimique particulier de certains puits (producteur d’hydrocarbures ou d’eau par exemple). Une telle pompe à cavités progressantes est, par exemple, décrite dans la demande de brevet FR 2 826 407 au nom de la demanderesse. Une telle pompe à cavités progressantes peut être utilisée pour pomper un fluide ou comme moteur en utilisant le déplacement d’un fluide pour entraîner un arbre en rotation.

Le rendement et l’usure de ces pompes à cavités progressantes résultent du jeu ou du serrage entre le rotor et le stator. En effet, un jeu trop important provoque des fuites internes qui diminuent le rendement volumétrique de la pompe. En revanche un serrage trop important fait chuter le rendement mécanique et provoque l’usure prématurée des pièces, voire une rupture mécanique. Le jeu entre le rotor et le stator est difficilement maîtrisable en raison des tolérances de fabrication des pièces constitutives de la pompe. Ce jeu peut, en outre, varier au cours de la vie de la pompe et en fonction des contraintes auxquelles la pompe est soumise. De plus, ce jeu varie le long de l’axe longitudinal de la pompe. En effet, la pression à l’intérieur du tube profilé augmente de cavité en cavité entre l’ouverture d’aspiration et l’ouverture de refoulement de la pompe. Cette pression dans les cavités tend à élargir le tube profilé. En conséquence, le serrage entre le rotor et le stator n’est plus maîtrisé.

Le but de la présente invention est de proposer une pompe à cavités progressantes dans laquelle il est possible de resserrer le jeu entre le stator et le rotor, lorsque ce jeu est trop important. A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à cavités progressantes propre à déplacer un fluide, ladite pompe à cavités progressantes comportant : - une armature comprenant une ouverture d’aspiration et une ouverture de refoulement ; - un stator comprenant un tube profilé de forme hélicoïdale, ledit stator étant fixé à l’intérieur de ladite armature, un logement étant délimité entre l’armature et le stator ; - un rotor hélicoïdal agencé dans ledit stator, ledit rotor étant entraîné en rotation pour déplacer ledit fluide de l’ouverture d’aspiration vers l’ouverture de refoulement ; la pompe à cavités progressantes comprend au moins un orifice d’entrée débouchant dans le logement et sur l’ouverture d’aspiration et au moins un orifice de sortie débouchant dans le logement et sur l’ouverture de refoulement, une partie dudit fluide étant propre à pénétrer dans ledit logement par l’orifice d’entrée, à passer au travers dudit logement et à s’écouler à l’extérieur du logement par l’orifice de sortie.

Avantageusement, ce mode de réalisation permet d’obtenir une pression dans le logement qui, en étant appliquée sur la face externe du tube profilé, tend à resserrer le jeu entre le stator et le rotor lorsque celui-ci est trop important, tout en maîtrisant cette pression pour rester dans la limite élastique du matériau et donc de l’endurance de la pompe.

Suivant des modes particuliers de réalisation, la pompe à cavités progressantes comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la pompe à cavités progressantes comprend un matériau d’obstruction solide et perméable ; ledit matériau d’obstruction remplissant ledit logement ; ladite partie de fluide étant propre à passer au travers du matériau d’obstruction.

Avantageusement, le matériau d’obstruction adapté en dimension obstrue en partie le passage du débit de fuite et génère ainsi un gradient de pression maîtrisé sur la face extérieure du stator, dit champ de pression externe qui s’oppose au champ de pression exercé par le fluide à pomper sur la face intérieure du stator, dit champ de pression interne. Avantageusement, le champ de pression externe est une fonction monotone comprise entre la pression d’aspiration et de la pression de refoulement tout comme la pression interne de sorte que le champ de pression externe s’adapte automatiquement -c’est-à-dire sans intervention extérieure mécanique ou humaine - au champ de pression interne quelle que soit la pression au niveau de l’ouverture d’aspiration. - le matériau d’obstruction comprend un matériau granulaire comprenant des grains répartis de façon homogène dans ledit logement.

Avantageusement, lorsque le matériau d’obstruction est homogène, le champ de pression externe est sensiblement équilibré au niveau de chaque section de l’armature tout le long de l’axe longitudinal de la pompe par rapport au champ de pression interne, supposé linéaire entre la pression d’aspiration et la pression de refoulement. Les contraintes mécaniques imputables à la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur du tube profilé sont amoindries, ce qui permet d’augmenter la tenue du matériau en fatigue. En conséquence, les déformations du stator dues à cette différence de pression sont compensées, voire annulées. Ainsi, le tube profilé est moins soumis à la fatigue.

Avantageusement, ce mode de réalisation permet d’amortir les oscillations causées par le mouvement de rotation excentrique du rotor inhérent au fonctionnement des pompes à cavités progressantes. En effet, les oscillations latérales du tube profilé sont transmises à l’armature via le matériau granulaire. Celui-ci apportera, d’une part, de l’inertie à la pompe, ce qui contribuera à limiter l’amplitude des mouvements, mais également un amortissement, du fait du frottement entre les granules soumis aux oscillations de la pompe. - le matériau d’obstruction est un matériau granulaire comprenant des grains dont au moins une caractéristique varie le long de la pompe à cavités progressantes, ladite au moins une caractéristique étant choisie parmi la forme des grains, la granulométrie des grains, la rugosité des grains et le matériau constituant les grains.

Avantageusement, ce mode de réalisation permet de faire varier la perméabilité du matériau et par conséquent le gradient de pression dans le logement pour créer un déséquilibre maîtrisé entre le champ de pression interne et le champ de pression externe.

Ce déséquilibre de pression permet de resserrer ou d’élargir localement le profil du stator dans la limite de l’élasticité du matériau, ce qui est intéressant dans le cas où le jeu ou le serrage entre le rotor et le stator n’est pas uniforme suivant l’axe longitudinal de la pompe. - la pompe à cavités progressantes comporte au moins un dispositif filtrant disposé au niveau de l’ouverture d’aspiration et l’ouverture de refoulement.

Avantageusement, le dispositif filtrant est propre à laisser passer le débit de fuite tout en retenant les grains du matériau d’obstruction. - le stator comporte au moins un évent autorisant une communication fluidique entre ledit logement et l’espace interne du stator. - la pompe à cavités progressantes comporte plusieurs évents répartis régulièrement le long de ladite pompe à cavités progressantes. - le logement comporte au moins une bride intermédiaire pourvue d’au moins un trou traversé par le fluide à contre-courant.

Le passage du fluide à travers ces trous provoque, avantageusement, une perte de charge singulière permettant d’obtenir la répartition du gradient de pression souhaitée le long du logement. - le matériau d’obstruction comprend un matériau fibreux.

Avantageusement, ce mode de réalisation permet de remplir entièrement l’espace compris entre le tube profilé et l’armature grâce à l’élasticité des matériaux fibreux et cela quelle que soit la position - à l’horizontale ou à la verticale - dans laquelle la pompe est utilisée. - le matériau fibreux comprend des fibres parmi des fibres de verre, des fibres minérales, des fibres métalliques et des fibres polyamides. - le matériau fibreux est appliqué par flocage de couches successives.

Avantageusement, ce mode de réalisation permet de remplir le logement efficacement compte tenu de la forme complexe du tube profilé hélicoïdal. - le matériau d’obstruction comprend un aggloméré poreux obtenu par frittage, par moulage, par injection de mousse ou par assemblage de structures réticulées. - le logement comprend un matériau d’obstruction solide comprenant un ou plusieurs passages, le ou lesdits passages présentant des chicanes. - l’armature présente une face interne de forme hélicoïdale, ladite face interne de l’armature étant séparée du stator par une distance sensiblement constante, ladite distance est comprise entre 0.05 et 10 millimètres. - le stator présente une face externe disposée en regard de la face interne de l’armature et dans laquelle la surface d’au moins une face parmi la face interne de l’armature et la face externe du stator est rugueuse ; ladite rugosité ayant une profondeur moyenne égale au minimum à 3% de la distance séparant la face interne de l’armature de la face externe du stator. - le matériau d’obstruction comprend au moins un fil enroulé autour du stator. - le matériau d’obstruction comprend une manche en textile enfilé sur le stator.

Avantageusement, ce mode de réalisation permet de limiter le débit de la partie de fluide à contre-courant, même lorsque l’écart entre le stator et l’armature a une dimension supérieure à 1mm ou lorsque ledit fluide a une faible viscosité. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux figures sur lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe d’un premier mode de réalisation d’une pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe contenant l’axe longitudinal de la pompe ; - la figure 2 est une vue en perspective d’une extrémité de la pompe à cavités progressantes illustrée sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe d’un deuxième mode de réalisation d’une pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe contenant l’axe longitudinal de la pompe ; - la figure 4 est un graphe représentant la répartition de la pression exercée sur le stator le long de l’axe longitudinal de la pompe cavités à progressantes illustrée sur la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en coupe d’un troisième mode de réalisation d’une pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe contenant l’axe longitudinal de la pompe; - la figure 6 est un graphe représentant des exemples de répartition de la pression exercée sur le stator le long de l’axe longitudinal de la pompe cavités à progressantes illustrée sur la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en coupe d’un quatrième mode de réalisation d’une pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe contenant l’axe longitudinal de la pompe ; - la figure 8 est un graphe représentant la répartition de la pression exercée sur le stator le long de l’axe longitudinal de la pompe à cavités progressantes illustrée sur la figure 7 ; - la figure 9 est une vue en perspective partiellement arrachée d’un cinquième mode de réalisation d’une pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le rotor n’étant pas représenté sur cette vue ; - la figure 10 est une vue en perspective d’un sixième mode de réalisation d’une pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le rotor n’étant pas représentés sur cette vue ; - la figure 11 est une vue en coupe d’un septième mode de réalisation d’une pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe contenant l’axe longitudinal de la pompe ; et - la figure 12 est une vue en coupe de la pompe à cavités progressantes illustrée sur la figure 11, le plan de coupe étant perpendiculaire à l’axe longitudinal de la pompe.

La pompe à cavités progressives selon l’invention peut être utilisée soit pour pomper un fluide soit comme moteur en utilisant le déplacement d’un fluide pour entraîner un arbre en rotation. Dans la description détaillée ci-dessous, seul le fonctionnement de la pompe utilisée comme organe de pompage a été décrit de manière détaillée. Le fonctionnement de cette pompe à cavités progressantes selon l’invention utilisée en tant que moteur est similaire au fonctionnement de la pompe utilisée comme organe de pompage à ceci près qu’en fonctionnement turbine ou moteur, la partie de fluide 40 qui circule entre le stator et l’armature ne va pas à contre-courant, mais dans le même sens que le flux principal.

En référence aux figures 1 et 2, la pompe à cavités progressantes 2 selon le premier mode de réalisation de l’invention comporte une armature 4, un stator 6 rendu solidaire de l’armature 4 et un rotor 8 logé à l’intérieur du stator 6 de manière à ménager une succession de cavités 10 entre le stator 6 et le rotor 8.

Le rotor 8 est destiné à être entraîné en rotation par un arbre d’entraînement non représenté. L’armature 4 présente une forme cylindrique à base circulaire d’axe longitudinal A-A. L’armature 4 est creuse et possède une face interne 19 et une face externe 21. Elle présente une ouverture d’aspiration 12 à une extrémité 14 de la pompe 2 et une ouverture de refoulement 16 à l’extrémité opposée 18 de la pompe 2. Elle est généralement réalisée en métal.

Le stator 6 est réalisé à partir d’un tube profilé de forme hélicoïdale. Il présente une face interne 20 en regard du rotor 8 et une face externe 22 en regard de l’armature 4. Il est généralement réalisé en métal.

Dans le premier mode de réalisation de l’invention, la face intérieure 19 de l’armature est solidarisée à la face externe 22 du stator, à l’extrémité 14 de la pompe, par l’intermédiaire d’une bride d’aspiration 24 et, à l’autre extrémité 16 de la pompe, par une bride de refoulement 26.

Un logement 28 est délimité entre l’armature 4 et le stator 6. Selon le premier mode de réalisation de l’invention, le logement 28 est vide. Il ne comprend aucun matériau d’obstruction.

La bride d’aspiration 24 et la bride de refoulement 26 sont percées. Elles comprennent deux orifices d’entrée traversants 30, 32 débouchant sur le logement 28 et l’ouverture de refoulement 16, et deux orifices de sortie traversants 34, 36 débouchant sur le logement 28 et l’ouverture d’aspiration 12.

La dimension des orifices d’entrée et de sortie 30, 32, 34, 36 pratiqués au travers de la bride d’aspiration 24 et de la bride de refoulement 26 est définie en fonction de la pression que l’on souhaite appliquée sur la face externe 22 du stator. En effet, si la dimension des orifices d’entrée est plus grande que celle des orifices de sortie, alors la pression exercée sur la face externe du stator sera plus proche de la pression de refoulement que de la pression d’aspiration, et réciproquement.

En variante, le stator 6 est réalisé à partir d’un matériau composite.

En variante, le stator 6 présente une collerette à chacune de ses extrémités. Cette collerette est directement fixée à la face interne 19 de l’armature.

En variante, la bride d’aspiration 24 et la bride de refoulement 26 ne comportent chacune qu’un seul orifice d’entrée et respectivement un seul orifice de sortie ou un nombre d’orifices d’entrée et d’orifices de sortie supérieur à deux. Dans ce dernier cas, les orifices traversant sont répartis de manière égale en face de chaque lobe du profil.

En fonctionnement, lorsque le rotor 8 est entraîné en rotation, le fluide à pomper 38 est déplacé d’une cavité 10 à l’autre, selon la direction de l’axe longitudinal A-A de la pompe 2 dans un sens F, de l’ouverture d’aspiration 12 vers l’ouverture de refoulement 16. Une partie du fluide à pomper 40 qui a été déplacée jusqu’à l’ouverture de refoulement 16, pénètre dans le logement 28 par les orifices d’entrée 30, 32. Cette partie de fluide 40 traverse le logement 28 et le quitte par les orifices de sortie 34, 36. Cette partie de fluide à contre-courant 40 exerce une pression P sur la face externe 22 du stator. Cette pression P est dirigée vers l’intérieur du stator.

Cette partie de fluide à contre-courant 40 se déplace selon la direction de l’axe longitudinal A-A de la pompe dans un sens CC opposé au sens F. Le débit de cette partie de fluide à contre-courant 40 représente une perte de rendement volumétrique global de la pompe à cavités progressantes. La taille des orifices d’entrée 30, 32, et la taille des orifices de sortie 34, 36 et le nombre des orifices d’entrée et d’orifices de sortie sont choisis en fonction d’un compromis entre le profil de pression P que l’on souhaite appliquée au stator pour influer sur le jeu entre le stator 6 et le rotor 8 et un débit de fuite qui n’impacte pas trop le rendement volumétrique de la pompe 2.

Dans le cas d’une pompe à cavités progressantes fonctionnant comme une turbine, c’est la différence de pression du fluide 38 entre l’entrée et le refoulement de la pompe qui, d’une part, fait circuler ce fluide depuis le côté de la haute pression vers le côté de la basse pression, et qui, d’autre part ,met en mouvement le rotor. La partie de fluide 40 qui circule entre le stator 6 et l’armature 4 se déplace également dans le sens allant de la haute pression vers la basse pression, par conséquent dans le même sens que le fluide 38 et non pas à contre-courant. Le gradient de pression dans le logement 28 va toujours dans le même sens que le gradient de pression à l’intérieur du stator 6.

Comme le montre la courbe 42 sur la figure 6, à chaque section transversale de la pompe 2, la pression P exercée par la partie de fluide à contre- courant 40 est comprise entre la pression mesurée au niveau de l’ouverture de refoulement 16, dite pression de refoulement Pr, et la pression mesurée au niveau de l’ouverture d’aspiration 12, dite pression d’aspiration Pa. La variation de pression entre l’ouverture d’aspiration 12 et l’ouverture de refoulement 16 comprend une perte de charge singulière 44 au niveau de la bride d’aspiration 24 et de la bride de refoulement 26 et une perte de charge linéaire entre ceux-ci.

La pompe à cavités progressantes 48 selon le deuxième mode de réalisation est représentée sur la figure 3. Les éléments techniques de la pompe à cavités progressantes 48 selon le deuxième mode de réalisation identiques ou similaires aux éléments techniques de la pompe à cavités progressantes 2 selon le premier mode de réalisation ont été référencés par les mêmes références numériques et ne seront pas décrits une seconde fois.

La pompe à cavités progressantes 48 selon le deuxième mode de réalisation est identique à la pompe à cavités progressantes 2 selon le premier mode de réalisation de l’invention à l’exception du fait que le logement 28 est rempli d’un matériau d’obstruction solide et perméable qui a pour fonction de diminuer progressivement la pression du fluide à contre-courant 40 le long de l’axe longitudinal A-A de la pompe 2, et du fait que la bride d’aspiration 24 et la bride de refoulement 26 sont équipées de dispositifs filtrants 50.

Selon ce mode de réalisation, le matériau d’obstruction perméable est un matériau granulaire 52.

Ce matériau granulaire 52 est constitué de particules solides distinctes. En particulier, ce matériau granulaire 52 est constitué par des grains dont les caractéristiques de forme et de taille, sont réparties statistiquement uniformément pour obtenir une perméabilité uniforme. Le choix de la granulométrie des grains résulte d’un compromis entre des grains suffisamment petits pour constituer un matériau de faible perméabilité et suffisamment gros pour être maintenus dans le logement 28 de manière efficace grâce aux dispositifs filtrants 50.

Le matériau granulaire 52 est, par exemple, constitué par des agents de soutènement couramment employés en fracturation hydraulique, du gravier de filtration, du sable tamisé, des microbilles, des rondelles ou des perles réalisées en verre, en céramique ou en métal telles que par exemple les microbilles utilisées pour les traitements de surfaces. Certaines applications permettront d’employer des grains de sable enrobés de résine, ou des granules minérales expansées comme la perlite ou la vermiculite.

Le débit du fluide à contre-courant 40 dans le matériau granulaire 52 est fonction de la perméabilité du matériau granulaire 52, de la viscosité dynamique du fluide à pomper et de la différence de pression entre la pression de refoulement Pr et la pression d’aspiration Pa suivant la loi de Darcy : « Sous l’effet d’une différence de pression AP (en Pa) un fluide de viscosité dynamique μ traverse un matériau perméable de longueur Ax de section orthogonale S et de perméabilité k avec un débit Q. » k ΔΡ Ç> =- S — μ Δ,χ

Dans laquelle : - Q est le débit du fluide à contre-courant 40 (en m3/s); - k est la perméabilité du matériau granulaire 52 (en m2), - μ est la viscosité dynamique du fluide à contre-courant 40 (en kg/m/s) - S est la surface de la section transversale du logement 28 (en m2) ; - Δχ est la longueur du logement 28 (en m), - ΔΡ est la différence de pression entre la pression de refoulement Pr et la pression d’aspiration Pa (en Pa).

Les dispositifs filtrants 50 permettent de retenir les grains du matériau granulaire 52 à l’intérieur du logement 28. Les dispositifs filtrants 50 comprennent, par exemple, un clapet anti-retour, un tamis dont les mailles présentent une dimension inférieure à la dimension des grains du matériau granulaire 52.

Le fonctionnement de la pompe à cavités progressantes selon le deuxième mode de réalisation de l’invention est identique au fonctionnement de la pompe à cavités progressantes selon le premier mode de réalisation de l’invention.

En référence à la figure 4, la courbe 54, représentative de la variation de la pression le long de l’axe longitudinal A-A de la pompe, présente elle aussi deux pertes de charge singulières 44 provenant de la bride d’aspiration 24, de la bride de refoulement 26 et des dispositifs filtrants 50, et une perte de charge linéaire 46 résultant du passage du fluide à contre-courant 40 au travers du matériau granulaire 52. La courbe 46 représentative de la perte de charge linéaire présente un coefficient directeur supérieur au coefficient directeur de la courbe 42 représentative de la perte de charge de la pompe à cavités progressantes selon le premier mode de réalisation de l’invention.

Avantageusement, la courbe 54 de variation de la pression P le long de l’axe longitudinal A-A de la pompe générée par le matériau granulaire 52 est proche de la courbe 56 représentative de la variation de pression P résultant de la pression exercée par le fluide à pomper 38 sur la face interne 20 du stator. Ainsi, la pression P exercée par la partie de fluide à contre-courant 40 s’équilibre sensiblement à chaque section transversale de la pompe avec la pression exercée par le fluide à pomper 38 sur la face interne 20 du stator.

En conséquence, les contraintes radiales exercées sur le stator dues à la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de celui-ci sont relaxées. Avantageusement, les déformations du stator 6 liées à cette différence de pression sont compensées, voire annulées. Le matériau du stator 6 est moins soumis à la fatigue.

Avantageusement, ce mode de réalisation permet dans une certaine mesure d’amortir les oscillations causées par le mouvement de rotation excentrique du rotor 8 inhérent au fonctionnement de la pompe 48. Le matériau granulaire 52 apporte de l’inertie à la pompe 48, ce qui contribue à limiter l’amplitude des mouvements d’oscillation et à amortir ces mouvements en raison du frottement entre les grains soumis aux oscillations de l’ensemble car les oscillations latérales du stator 6 sont transmises à l’armature 4 via le matériau granulaire 52. Ceci contribue à réduire l’amplitude et à changer la fréquence des vibrations générées par la pompe et transmises aux équipements connectés à la pompe.

La pompe à cavités progressantes 58 selon le troisième mode de réalisation est identique à la pompe à cavités progressantes 48 selon le deuxième mode de réalisation de l’invention à l’exception du fait que la perméabilité du matériau d’obstruction varie selon la direction de l’axe longitudinal A-A de la pompe. A cet effet, le matériau d’obstruction comprend des grains non identiques ou similaires c’est-à dire des grains dont au moins une caractéristique varie selon la direction de l’axe longitudinal A-A de la pompe.

En particulier, selon le mode de réalisation représenté, la taille des grains du matériau granulaire 52 varie selon la direction de l’axe longitudinal A-A de la pompe. Des grains de grande taille 60, des grains de moyenne taille 62, des grains de petite taille 64 et enfin des grains de grande taille 60 remplissent le logement 28 sur des sections successives de l’armature située entre l’ouverture d’aspiration 12 et l’ouverture de refoulement 16.

Tout comme pour le premier et le deuxième modes de réalisation de l’invention, la variation de la pression P du fluide à contre-courant 40 est toujours comprise entre la pression d’aspiration Pa et la pression de refoulement Pr. Néanmoins, comme visible sur la figure 6, ce troisième mode de réalisation permet, de plus, de faire varier le coefficient directeur de la courbe 66 de variation de la pression P le long de Taxe longitudinal A-A de la pompe en modifiant la taille des grains remplissant le logement 28. Ce mode de réalisation permet ainsi d’adapter la variation de pression P exercée sur la face externe 22 du stator, le long de la pompe, en fonction de la pression exercée sur la face interne 20 du stator le long de la pompe. Ce mode de réalisation utilise le principe selon lequel les grains de grande taille 60 s’opposent moins au passage de la partie de fluide à contre-courant 40 que les grains de petite taille 64.

Ainsi, ce troisième mode de réalisation de l’invention permet de maîtriser la pression exercée sur la face extérieur du stator et si nécessaire de créer un déséquilibre maîtrisé entre la pression appliquée sur la face interne 20 du stator par le fluide à pomper et la pression appliquée par le fluide à contre-courant 40 sur la face externe 22 du stator. Cette propriété peut, par exemple, être utilisée pour compenser le serrage ou le jeu entre le stator 6 et le rotor 8, que ces défauts d’ajustement soient dus aux tolérances de fabrication ou à l’usure des pièces. Ceci permet de mieux maîtriser le rendement volumétrique et le rendement mécanique de la pompe à cavités progressantes en jouant sur l’élasticité du métal tout en respectant la limite élastique de ce métal afin de conserver l’endurance de celui-ci.

Dans le mode de réalisation représenté, la taille des grains varie le long de portions successives du logement. Il est également possible de faire varier la perméabilité du matériau d’obstruction en faisant varier d’autres paramètres telles que la forme des grains, la granulométrie (moyenne et écart type du diamètre des grains), la rugosité des grains et la capillarité entre le fluide et la surface des grains.

La pompe à cavités progressantes 68 selon le quatrième mode de réalisation est représentée sur la figure 7. Les éléments techniques de la pompe à cavités progressantes 68 selon le quatrième mode de réalisation identiques ou similaires aux éléments techniques de la pompe à cavités progressantes 48 selon le deuxième mode de réalisation ont été référencés par les mêmes références numériques et ne seront pas décrits une seconde fois.

La pompe à cavités progressantes 68 selon le quatrième mode de réalisation est identique à la pompe à cavités progressantes 48 selon le deuxième mode de réalisation de l’invention à l’exception du fait que le stator 6 comporte des évents 70 permettant une communication fluidique entre l’espace intérieur du stator 6 et le logement 28.

Les évents 70 sont, par exemple, disposés sur les portions du stator présentant une forme concave vue de l’extérieur.

Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 7, la pompe à cavités progressantes 68 comprend également des brides intermédiaires 72 fixées dans le logement 28 au niveau de chaque évent 70. Les brides intermédiaires 72 ont pour fonction de renforcer localement le stator pour éviter que les évents 70 ne constituent des points de concentration des contraintes mécaniques du stator 6 conduisant à sa rupture, lesdites contraintes étant notamment dues à la déformation cyclique du stator imposée par le mouvement du rotor 8, lequel est serré dans le stator.

Les brides intermédiaires 72 sont percées de part en part selon la direction de l’axe longitudinal A-A de la pompe pour permettre le passage du fluide à contre-courant 40 au travers de l’ensemble du matériau granulaire 52. Les brides intermédiaires 72 présentent également un trou 74 percé selon une direction transversale. Ce trou 74 est aligné avec les évents 70 pour réaliser une communication fluidique entre l’espace intérieur du stator 6 et le logement 28.

En variante, avantageusement, les brides intermédiaires 72 logent des dispositifs filtrants pour éviter que le matériau d’obstruction 52 ne se déverse à l’intérieur du stator.

Comme visible sur les courbes de la figure 8, les évents 70 permettent d’équilibrer localement la pression P exercée sur la face externe 22 du stator 6 (courbe 76) à la pression exercée sur la face interne 20 du stator 6 (courbe 78). Ce mode de réalisation permet ainsi d’obtenir un profil de pression dans le logement 28 sensiblement identique à la pression exercée sur la face interne 20 du stator sans qu’il soit nécessaire de connaître à l’avance cette dernière.

En variante, la pompe à cavités progressantes 68 comporte au moins une ouverture d’aspiration 12 et une ouverture de refoulement 16 à chaque extrémité de la pompe 2, un stator 6 pourvu d’évents 70 et des brides intermédiaires 72. Le logement 28 ne comporte pas de matériau granulaire. Il est vide. Dans ce cas, la régulation de pression entre la pression P exercée sur la face externe du stator et la pression exercée sur la face interne du stator est réalisée directement en ajustant le diamètre des trous de perçage dans le stator et le diamètre des trous 74 des brides intermédiaires.

En variante, la pompe à cavités progressantes 68 comporte du matériau granulaire 52, des brides intermédiaires72 mais ne comporte pas d’évents 70. La perte de charge est réalisée, d’une part, par le passage du fluide au travers du matériau granulaire 52 et, d’autre part, par la restriction du passage au niveau des trous 74 des brides intermédiaires. Avantageusement, dans ce mode de réalisation, la perte de charge est peu dépendante de la viscosité du fluide.

La pompe à cavités progressantes 80 selon le cinquième mode de réalisation est identique à la pompe à cavités progressantes 48 selon le deuxième mode de réalisation de l’invention à l’exception du fait que le matériau d’obstruction perméable est un matériau fibreux 81.

Ce matériau fibreux 81 est, par exemple, constitué par des fibres de verre telles que, par exemple, des tricots métalliques, de la laine de verre, des fibres minérales, des fibres métalliques, ou des fibres polyamides.

Le matériau fibreux 81 est, par exemple, appliqué par flocage de couches successives, comme visible sur la figure 9.

En variante, le matériau fibreux 81 est appliqué par bourrage de fibres ordonnées ou enchevêtrées.

Selon une variante non représentée, le matériau d’obstruction perméable comprend un aggloméré poreux obtenu par frittage, par moulage ou par injection de mousse à cavités ouvertes.

Selon une variante non représentée, le matériau d’obstruction perméable comprend une structure réticulée comme par exemple des panneaux en nid d’abeille.

La pompe à cavité progressantes selon le sixième mode de réalisation de l’invention est identique à la pompe à cavités progressantes 48 selon le deuxième mode de réalisation de l’invention à l’exception du fait que le matériau d’obstruction contenu dans le logement 28 est un matériau solide 82, pourvu d’un passage 84 en forme de zigzag et comprenant des chicanes 85 ralentissant la vitesse d’écoulement de la partie de fluide à contre-courant 40. Selon ce mode de réalisation, ce matériau n’est pas nécessairement perméable. Il peut être constitué d’un matériau imperméable à condition que les éléments de ce matériau imperméable ne soient pas liés entre eux de manière étanche.

Le matériau solide 82 est, par exemple, réalisé par taillage de disques 86 présentant des découpes intérieures 88 de forme propre à épouser le contour du stator , puis par empilage de ces disques 86, comme illustrée sur la figure 10.

En variante, le matériau solide 82 comprend plusieurs passages 84, disposés tête-bêche, de façon à ce que lesdits passages ne se trouvent pas en face les uns des autres.

La pompe à cavité progressantes 90 selon le septième mode de réalisation de l’invention est illustrée sur les figures 11 et 12. Les éléments techniques de la pompe à cavités progressantes 90 selon le septième mode de réalisation identiques ou similaires aux éléments techniques de la pompe à cavités progressantes 2 selon le premier mode de réalisation ont été référencés par les mêmes références numériques et ne seront pas décrits une seconde fois.

La pompe à cavités progressantes 90 selon le septième mode de réalisation est identique à la pompe à cavités progressantes 2 selon le premier mode de réalisation de l’invention à l’exception du fait que l’armature 4 est constituée d’un tube profilé hélicoïdal qui s’étend à une distance D sensiblement constante de la face externe 22 du stator de la pompe 90.

Par exemple, la face interne 19 de l’armature est séparée de la face externe 22 du stator par une distance D sensiblement comprise entre 0.05 et 10 millimètres et, de préférence, entre 1 et 2 millimètres. Le logement 28, c’est-à-dire l’espace compris entre le stator 6 et l’armature 4 ne contient aucun matériau d’obstruction.

Tout comme pour le premier mode de réalisation, une partie du fluide à pomper 38 qui a atteint l’ouverture de refoulement 16, s’écoule à contre-courant dans le logement 28 en traversant les orifices 30, 32 de la bride de refoulement 26 puis retourne au niveau de l’ouverture d’aspiration 12 en passant par les orifices 34, 36 de la bride d’aspiration 24. Cette partie du fluide à contre-courant 40 exerce une pression P sur la face externe 22 du stator. Le débit du fluide à contre-courant 40 et la diminution progressive de la pression sur la face externe 22 du stator qui en découle sont déterminés en ajustant le diamètre des orifices 30, 32, 34, 36 ainsi que la distance D.

Ce mode de réalisation permet d’obtenir une courbe similaire à la courbe 56 illustrée sur la figure 4.

Pour bénéficier d’une perte de charge plus importante et limiter le débit de fuite de la pompe, la surface de la face interne 19 de l’armature 4 et la surface de la face externe 22 du stator 6 sont avantageusement rugueuses. Une rugosité dont la profondeur moyenne est au minimum 3% de la distance D séparant la face interne de l’armature de la face externe du stator.

Cette rugosité peut être obtenue par un traitement de surface dégradant ces surfaces, par grenaillage par exemple.

En variante, une seule face parmi la face interne 19 de l’armature et la face externe 22 du stator est rugueuse.

Selon une variante de réalisation non représentée, le logement 28 est rempli par un matériau d’obstruction constitué par un ou plusieurs fils métalliques enroulés autour du stator 6.

Selon une variante de réalisation non représentée, le logement 28 est rempli par un matériau d’obstruction constitué par une manche ou une chaussette enfilé sur le stator 6. Cette manche est, par exemple, réalisée en textile métallique.

En variante, le stator 6 de la pompe à cavités progressantes 90 du septième mode de réalisation de l’invention est pourvu d’évents 70.

En variante, la bride d’aspiration 24 et la bride de refoulement de la pompe à cavités progressantes 90 du septième mode de réalisation de l’invention sont pourvu d’un seul orifice d’entrée et d’un seul orifice de sortie ou d’un nombre d’orifices d’entrée et d’orifices de sortie supérieur à deux.

En variante, la pompe à cavités progressantes selon l’invention comprend plusieurs matériaux d’obstruction de nature différente tels que, par exemple, des matériaux fibreux, des structures réticulées et des matériaux granulaires.

Claims

REVENDICATIONS

1, - Pompe à cavités progressantes (2, 48, 58, 68, 80, 83, 90) propre à déplacer un fluide (38), ladite pompe à cavités progressantes (2, 48, 58, 68, 80, 83, 90) comportant : - une armature (4) comprenant une ouverture d’aspiration (12) et une ouverture de refoulement (16) ; - un stator (6) comprenant un tube profilé de forme hélicoïdale, ledit stator (6) étant fixé à l’intérieur de ladite armature (4), un logement (28) étant délimité entre l’armature (4) et le stator (6); - un rotor (8) hélicoïdal agencé dans ledit stator (6), ledit rotor (8) étant entraîné en rotation pour déplacer ledit fluide (38) de l’ouverture d’aspiration (12) vers l’ouverture de refoulement (16) ; caractérisée en ce que la pompe à cavités progressantes (2, 48, 58, 68, 80, 83, 90) comprend : au moins un orifice d’entrée (30, 32) débouchant dans le logement (28) et sur l’ouverture de refoulement (16) et au moins un orifice de sortie (34, 36) débouchant dans le logement (28) et sur l’ouverture d’aspiration (12), une partie dudit fluide (40) étant propre à pénétrer dans ledit logement (28) par l’orifice d’entrée (30, 32), à passer au travers dudit logement (28) et à s’écouler à l’extérieur du logement (28) par l’orifice de sortie (34, 36).- un matériau d’obstruction (52, 60, 62, 64, 81, 82) solide et perméable ; ledit matériau d’obstruction (52, 60, 62, 64, 81, 82) remplissant ledit logement (28) ; ladite partie de fluide (40) étant propre à passer au travers du matériau d’obstruction (52, 60, 62, 64, 81, 82).
2, - Pompe à cavités progressantes (48) selon la revendication 1, dans laquelle le matériau d’obstruction (52) comprend un matériau granulaire (52) comprenant des grains répartis de façon homogène dans ledit logement.
3, - Pompe à cavités progressantes (58) selon la revendication 1, dans laquelle le matériau d’obstruction (60, 62, 64) est un matériau granulaire comprenant des grains (60, 62, 64) dont au moins une caractéristique varie le long de la pompe à cavités progressantes (58), ladite au moins une caractéristique étant choisie parmi la forme des grains, la granulométrie des grains, la rugosité des grains et le matériau constituant les grains.
4, - Pompe à cavités progressantes (48, 58) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, qui comporte au moins un dispositif filtrant (50) disposé au niveau de l’ouverture d’aspiration (12) et l’ouverture de refoulement (16).
5, - Pompe à cavités progressantes (2, 48, 58, 68, 80, 83, 90) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le stator (6) comporte au moins un évent (70) autorisant une communication fluidique entre ledit logement (28) et l’espace interne du stator (6).
6, - Pompe à cavités progressantes (2, 48, 58, 68, 80, 83, 90) selon la revendication 5, qui comporte plusieurs évents (70) répartis régulièrement le long de ladite pompe à cavités progressantes.
7, - Pompe à cavités progressantes (2, 48, 58, 68, 80, 83, 90) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le logement (28) comporte au moins une bride intermédiaire (72) pourvue d’au moins un trou (74) traversé par le fluide à contre-courant (40).
8, - Pompe à cavités progressantes (80) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le matériau d’obstruction comprend un matériau fibreux (81).
9, - Pompe à cavités progressantes (80) selon la revendication8, dans laquelle le matériau fibreux (81) comprend des fibres parmi des fibres de verre, des fibres minérales, des fibres métalliques et des fibres polyamides.
10, - Pompe à cavités progressantes (80) selon la revendication 8, dans laquelle le matériau fibreux (81) est appliqué par flocage de couches successives.
11, - Pompe à cavités progressantes selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 dans laquelle le matériau d’obstruction comprend un aggloméré poreux obtenu par frittage, par moulage, par injection de mousse ou par assemblage de structures réticulées.
12, - Pompe à cavités progressantes (83) selon l’une quelconque des revendications 1, 5 et 6, dans laquelle le logement (28) comprend un matériau d’obstruction solide (82) comprenant un ou plusieurs passages (84), le ou lesdits passages (84) présentant des chicanes (85).
13, - Pompe à cavités progressantes (83) selon la revendication 1, dans laquelle l’armature (4) présente une face interne (19) de forme hélicoïdale, ladite face interne (19) de l’armature (4) étant séparée du stator (6) par une distance (D) sensiblement constante, ladite distance (D) est comprise entre 0.05 et 10 millimètres.
14, - Pompe à cavités progressantes (83) selon la revendication 13, dans laquelle le stator (6) présente une face externe (22) disposée en regard de la face interne (19) de l’armature (4) et dans laquelle la surface d’au moins une face parmi la face interne (19) de l’armature et la face externe (22) du stator est rugueuse ; ladite rugosité ayant une profondeur moyenne égale au minimum à 3% de la distance (D) séparant la face interne (19) de l’armature de la face externe (22) du stator.
15, - Pompe à cavités progressantes (83) selon la revendication 13, dans laquelle le matériau d’obstruction comprend au moins un fil enroulé autour du stator (6).
16, - Pompe à cavités progressantes (83) selon la revendication 13, dans laquelle le matériau d’obstruction comprend une manche en textile enfilé sur le stator (6).