DISPOSITIF ET PROCEDE DE POMPAGE A AMORCAGE AUTOMATIQUE SELF-PRIMING PUMP DEVICE AND METHOD
La présente invention concerne une pompe auto- amorçante automatique. Le terme "auto-amorçant" The present invention relates to an automatic self-priming pump. The term "self-priming"
signifie que, pour véhiculer un fluide (gazeux ou liquide...) d'un point A à un point B, on créé une dépression ou une succion de telle sorte que le point de départ (A) puisse véhiculer ces fluides liquides ou gazeux, de densité supérieure à la densité de l'air, sur des dénivellations de plusieurs mètres jusqu'au point haut (B). means that, to convey a fluid (gaseous or liquid ...) from point A to point B, a vacuum or suction is created so that the starting point (A) can convey these liquid or gaseous fluids , with a density greater than the density of the air, over gradients of several meters to the highest point (B).
Les principales pompes auto-amorçante The main self-priming pumps
existantes sont du type dit a engrenages, à clapets, à membranes, péristal tiques ou d'un type plus récent consistant en une pompe qui utilise l'effet de existing are of the type known as gears, valves, membranes, peristals or of a more recent type consisting of a pump which uses the effect of
déformation d'un liquide porteur, créant une dépression (voir brevets US-4,562,605). deformation of a carrier liquid, creating a depression (see US Patents 4,562,605).
Les pompes identifiées comme suit : The pumps identified as follows:
- DE-A-2004166 (PLESSEY) - DE-A-2004166 (PLESSEY)
- FR-A-719967 (MERCIER) - FR-A-719967 (MERCIER)
- BE-A-393560 (BAERT) - BE-A-393560 (BAERT)
- GB-A-26766/1911 (HANSEN) - GB-A-26766/1911 (HANSEN)
- SU-A-177284 (GOLUBYEV) - SU-A-177284 (GOLUBYEV)
- US-A-2030560 (ADAMS) - US-A-2030560 (ADAMS)
possèdent pour certaines d'entre elles soit : for some of them have either:
- une vis conique - a conical screw
- une vis à pas variable - a variable pitch screw
- une turbine - a turbine
mais ne sont pas auto-amorçante.
Le type de pompe auto-amorçante à vis excentrée non automatique (brevet GB-A-1425997) fonctionne uniquement lorsque le corps de la pompe est en position strictement horizontale. En effet, l'horizontabilite par rapport à l'axe de rotation de l'élément mobi l e du système (vis, turbine...) est requise pour engendrée la centrifugation nécessaire au bon fonctionnement du système et nécessite un flux d'amorçage ou porteur de densité sensiblement homogène au flux principal, appelé "traversant" c'est à dire utilisant une entrée et une sortie opposées, et positionnées sur ie corps du système de pompage. but are not self-priming. The type of self-priming non-automatic eccentric screw pump (GB-A-1425997 patent) works only when the pump body is in a strictly horizontal position. Indeed, the horizontality with respect to the axis of rotation of the mobile element of the system (screw, turbine ...) is required to generate the centrifugation necessary for the proper functioning of the system and requires a priming flow or carrier of density substantially homogeneous to the main flow, called "through" that is to say using an opposite inlet and outlet, and positioned on the body of the pumping system.
L'invention permet par un procédé différent de créer, à l'aide d'un porteur quelconque, une succion ou une dépression par effet deprimogène. Ce procédé consiste à créer une différence de débit entre le porteur dont la quantité d'introduction dans la pompe est inférieure a la quantité d'extraction et ce, par un seul et même orifice immergé (voir fig. 1, 2, 3). The invention makes it possible, by a different method, to create, with the aid of any carrier, suction or depression by the depressogenic effect. This process consists in creating a difference in flow rate between the carrier whose quantity of introduction into the pump is less than the quantity of extraction and this, by a single submerged orifice (see fig. 1, 2, 3).
II faut en effet remarquer que, dans la phase It should indeed be noted that, in the phase
"amorçage", le flux porteur qui va créer la dépression nécessaire à la fontion "pompage du fluide à véhiculer" (ou fluide minoritaire), entre et sort par le même orifice 33 ; notons le spectre du fluide d'amorçage en forme de la lettre V repère 8 fig. 1. "priming", the carrier flow which will create the vacuum necessary for the "pumping of the fluid to be conveyed" (or minority fluid) function, enters and leaves through the same orifice 33; note the spectrum of the priming fluid in the form of the letter V mark 8 fig. 1.
Ce dispositif possède une réversibilité partielle sans aucune modification, il devient alors un procédé de pompage à amorçage non automatique.
Ce dispositif peut donc véhiculer des fluides liquides ou gazeux en ayant une charge constante sur l'orifice 33 appelé alors ENTREE. This device has partial reversibility without any modification, it then becomes a pumping process with non-automatic priming. This device can therefore convey liquid or gaseous fluids by having a constant charge on the orifice 33 then called INPUT.
La SORTIE se trouvant en repère 11 ; la pos i t i on du clapet anti-retour optionnel, est une fonction extérieure et nullement nécessaire au bon The OUTPUT located in reference 11; the pos i t i on of the optional non-return valve, is an external function and not at all necessary for the good
fonctionnement du dispositif. operation of the device.
En général, une pompe est destinée à pomper un porteur qui se situe dans une première enceinte, vers une seconde enceinte. Ce flux est appelé "fluide minoritaire". In general, a pump is intended to pump a carrier which is located in a first enclosure, towards a second enclosure. This flow is called "minority fluid".
Le procédé peut être obtenu par la fait que la chambre de pompage va en augmentant lorsque l'on se déplace dans le sens du porteur a pomper. Le terme "porteur" désigne un fluide liquide, gazeux ou pulverulant. 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 flux minoritaire et flux majoritaire constitue le porteur résultant. The sum minority flow and majority flow constitutes the resulting carrier.
Le porteur majoritaire provient de la deuxième enceinte 5 consistant en un bac. Ce procédé The majority carrier comes from the second enclosure 5 consisting of a tank. This process
fonctionne lorsque la sortie de la pompe est works when the pump output is
immergée dans le contenu dans la deuxième enceinte enceinte. immersed in the content in the second enclosure.
Du fait de la variation de la chambre de pompage.
une partie du porteur, contenue dans la deuxième enceinte, est aspirée dans la chambre de pompage, selon un sens inverse de celui 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 mélange au porteur Due to the variation of the 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 carrier
majoritaire. majority.
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 resuite 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 a pomper ou d'un liquide à pomper. Cette variation de la chambre peut être obtenue : The pump also operates 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 room can be obtained:
a) - dans la vis sans fin à pas variable dont l'âme centrale peut être linéaire ou conique, a) - in the variable pitch worm whose central core can be linear or conical,
b) - dans une vis sans fin à pas constant dont la b) - in a constant pitch worm whose
partie centrale peut être linéaire ou conique. 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. central part can be linear or conical. The parameters for screw pitch variation. of taper (linear, concave, convex, stepped or indeterminate) influence the performance 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 vis, l'angle du cône, ces paramètres 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
n'interviennent que pour l'obtention de rendements différents (différence de valeur de succion ou de dépression, différence de débit). 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 par effet The principle of operation by effect
déprimogene est basé sur le fait que la rotation de la vis, à compter d'une certaine vitesse refoule le porteur majoritaire plus rapidement qu'elle ne depression is based on the fact that the rotation of the screw, from a certain speed pushes back the majority carrier more quickly than it
l'introduit à l'intérieur de la vis par le même introduced it inside the screw by the same
orifice, crée ainsi une dépression (cette vitesse de rotation minimum sera dénommée "vitesse d'amorçage"), permettant ainsi l'aspiration d'un produit porteur minoritaire. orifice, thus creates a vacuum (this minimum speed of rotation will be called "priming speed"), thus allowing the suction of a minority carrier product.
Cette vitesse d'amorçage décroit en fonction de l'écart du diamètre intérieur de la chambre de pompage et du diamètre extérieur de la partie mobile, ou vis. This priming speed decreases as a function of the difference between the inside diameter of the pumping chamber and the outside diameter of the movable part, or screw.
Cette vitesse est miniumum lorsqu'il y a contact mécanique entre les deux valeurs précitées (exemple : pompe à pallettes).
La vitesse d'amorçage atteinte, le débit This speed is minimum when there is mechanical contact between the two aforementioned values (example: vane pump). Priming speed reached, flow rate
du porteur minoritaire augmente en suivant une of the minority holder increases following a
fonction, en rapport avec l'augmentation de la vitesse de rotation de la vis. Cette pompe fonctionne donc avec un produit primaire porteur. function, related to the increase in the speed of rotation of the screw. This pump therefore works 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 Other features and benefits of
l'invention seront mieux compris à la lecture de la. description et des exemples de réalisâtion suivants, faits en référence aux dessins annexes sur lesquels :the invention will be better understood on reading the. description and examples of the following embodiments, made with reference to the accompanying drawings in which:
- La fig. 1 est une coupe verticale de la partie pompe représentée schématiquement pour en expliquer le fonctionnement, - Fig. 1 is a vertical section of the pump part shown diagrammatically to explain its operation,
- les fig. 2 et 3 sont des coupes verticales - fig. 2 and 3 are vertical sections
représentant des réalisations pratiques de ia pompe. non limitatives, données simplement a titre representing practical achievements of the pump. non-limiting, given simply as
d'exemples, examples,
- la fig. 4 est une coupe verticale prise a partir de la fig.1 d'un exemple d'entraînement de la vis 1, à l'aide d'un moteur électrique, - fig. 4 is a vertical section taken from FIG. 1 of an example of driving the screw 1, using an electric motor,
- les fig. 5 et 5a représentent, de manière - fig. 5 and 5a represent, so
schématique, l'entraînement magnétique solidaire de l'axe d'entraînement du moteur. schematic, the magnetic drive integral with the motor drive axis.
- la fig. 7 représente une coupe verticale schématique d'une pompe et d'une partie motrice.
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. - fig. 7 shows a schematic vertical section of a pump and a driving part. 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 part i e 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 i e
débouchant dans la deuxième enceinte 5 est appelée partie postérieure 33 de la vis 1. 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 towards 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 a 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 conicite 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, étanσhéité 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, etanσhéité by rotary joint.
Une entretoise de butée 3 en matériau conducteur ou non d'électricité, est situé entre cette base
d'entraînement et une butée 7 . A stop spacer 3 made of electrically conductive material or not, is located between this base and a stopper 7.
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 et son refoulement dans le bac 5 par le même orifice, alors 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 and its delivery into the tank 5 through the same orifice, while the arrow 9 indicates the direction of the minority carrier product coming from the first enclosure.
La gâche 10 représente la résultante, après amorçage, du liquide porteur majoritaire + liquide porteur minoritaire. The keeper 10 represents the result, after priming, of the majority carrier liquid + minority carrier liquid.
Un clapet anti-retour 11 est fixe sur l'entrée de la pompe. La pompe est fixée, soit par axe, ecrou fileté, clip ou tout autre moyen représente A non-return valve 11 is fixed on the inlet of the pump. The pump is fixed either by axis, threaded nut, clip or any other means
schématique-ment par la référence 12. schematically by reference 12.
La vis 1 étant en rotation suivant le sens du pas (droit ou gauche) attire le liquide porteur 8 à contre sens (effet déprimogène), provoquant une résistance a l'introduction du liquide porteur. Suivant le The screw 1 being rotated in the direction of the pitch (right or left) attracts the carrier liquid 8 against the direction (depression effect), causing resistance to the introduction of the carrier liquid. Next the
diagramme, le liquide porteur sort en 10 avec un volume supérieur au volume d'entrée créant une dépression et
nous retrouvons, a cet endroit, un mélange du liquide porteur 8 et du liquide porteur minoritaire 9. 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 au bain. The driving part consists of the stop 7 serving to take resistivity information in the bath.
Contre cette butée, une entretoise 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 Against this stop, a stop spacer 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 axis
d'entraînement. Selon un exemple de réalisation, les moyens d'entraînement 14 sont constitues d'une base de l'entraînement magnétique solidaire de l'axe drive. According to an exemplary embodiment, the drive means 14 consist of a base of the magnetic drive secured to the axis
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). drive (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 This electric motor 16 is placed in a
protection 15 et est alimenté par les lignes protection 15 and is powered by lines
électriques 17 et 18. electrical 17 and 18.
Sur les fig. 5 et 5a, on retrouve les éléments portant les références suivantes : In fig. 5 and 5a, there are the elements bearing the following references:
La vis en matériau conducteur ou non The screw in conductive material or not
d'électricité 1 avec sa base solidaire 2 de of electricity 1 with its solidarity base 2 of
l'entraînement magnétique repose sur une entretoise de butée 3 munie de pièces magnétiques en terre rare, samarium, cobalt ou néodyme, de fer ou de bore 19. the magnetic drive rests on a stop spacer 3 provided with rare earth, samarium, cobalt or neodymium, iron or boron 19 magnetic parts.
L'entretoise de butée en matériau conducteur ou non 13 peut être ou non mise en place et logée dans la base d'entraînement magnétique 14 solidaire de l'axe d'entraînement du moteur 16 ainsi que les pièces
magnétiques en terre rare, samarium, cobalt ou néodyme, de fer ou de bore 19 posées sur un court-circuuit magnétique 20. The stop spacer of conductive or non-conductive material 13 may or may not be put in place and housed in the magnetic drive base 14 secured to the drive shaft of the motor 16 as well as the parts rare earth, samarium, cobalt or neodymium, iron or boron magnets 19 placed on a magnetic short circuit 20.
Ceci est un accouplement magnétique donné en exemple pour les caractéristiques suivantes : This is an example magnetic coupling for the following characteristics:
- référence 19 : matériau magnétique samarium cobalt 210 kj/m3 - reference 19: samarium cobalt magnetic material 210 kj / m3
- dimensions : . diamètre : 6 mm, - dimensions:. diameter: 6 mm,
. épaisseur : 4 ou 5 mm. . thickness: 4 or 5 mm.
Les caractéristiques de couples d'entraînement pour l'exemple donne sont les suivantes : The characteristics of drive torques for the example given are as follows:
- couple rotatif.................................................0,35 Newton - rotary torque ............................................... 0.35 Newton
- couple axial........................................................0,6 Newton- axial torque ............................................... ......... 0.6 Newton
- distance entre les deux pièces magnétiques- distance between the two magnetic pieces
....................................................................2,5 mm .................................................. .................. 2.5 mm
Nous remarquons, sur les fig. 6 et 6a, We notice, in fig. 6 and 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 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 low loss of torque
rotatif, mais simplifiant, de manière très importante, la réalisation mécanique de la vis. rotary, but greatly simplifying 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 cespièces magnétiques est dimensionné de manière à obtenir un couple de rotation supérieur pour des pompes de dimensions supérieures.
Les aimants en terre rare ont été utilisés de manière à réduire, pour un couple de transmission déterminé, les dimensions mécaniques et, par 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. Rare earth magnets have been used in such a way as to reduce the mechanical dimensions for a given transmission torque and, by
conséquent, réduire l'énergie nécessaire a therefore reduce the energy required
l'entraînement de l'ensemble. 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 a 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.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux pompes qui viennent d'être décrites uniquement a 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.
En illustration fig. 7 (échelle non respectée) une pompe d'un diamètre intérieur de chambre de pompage de 15 mm est équipée d'une vis conique d'une longueur hors tout de 68 mm (y compris l'embase du support In illustration fig. 7 (scale not respected) a pump with an internal diameter of pumping chamber of 15 mm is equipped with a conical screw with an overall length of 68 mm (including the base of the support
magnétique). magnetic).
La conicite est sur une longueur de 58 mm définie par deux diamètres opposes variant 10 mm (côté embase support magnétique) à 5 mm. The conicity is over a length of 58 mm defined by two opposite diameters varying from 10 mm (on the side of the magnetic support base) to 5 mm.
La vitesse d'amorçage minimum, dans cet exemple.
est de l'odre de 6 000 tours/minute. Le débit est proportionnel à la vitesse de rotation de l'élément mobile. The minimum priming speed in this example. is of the order of 6000 revolutions / minute. The flow rate is proportional to the speed of rotation of the mobile element.
Dans la même illustration, une vitesse de l'ordre de 12 000 tours/minute engendre un débit approximatif de 30 litres/heure.
In the same illustration, a speed of the order of 12,000 revolutions / minute generates an approximate flow of 30 liters / hour.