FR2488660A1 - Pompe pour fluide fonctionnant par inertie du fluide contenu dans une boucle soumise a un mouvement oscillant - Google Patents

Abstract

UNE POMPE A INERTIE COMPORTE UNE BOUCLE L REMPLIE DE FLUIDE ET SOUMISE A UN MOUVEMENT OSCILLANT, UNE ENTREE 12 RELIEE A LA BOUCLE POUR Y AMENER DU FLUIDE, UNE SORTIE 14, COAXIALE A L'ENTREE ET RELIEE AU FLUIDE PROVENANT DE LA BOUCLE, L'ENTREE ET LA BOUCLE COOPERANT L'UNE AVEC L'AUTRE POUR DEFINIR DEUX TRAJETS ALTERNATIFS POUR GAGNER LA SORTIE, L'UN PASSANT PAR LA BOUCLE ET L'AUTRE PASSANT DIRECTEMENT DE L'ENTREE A LA SORTIE. DES OBTURATEURS SITUES SUR CHACUN DES DEUX TRAJETS ALTERNATIFS REAGISSENT A LA DIRECTION DU FLUIDE QUI Y PASSE ET FONCTIONNENT AUTOMATIQUEMENT POUR INTERDIRE UNE INVERSION DE FLUX; UN ENTRAINEMENT PERMET DE FAIRE OSCILLER RAPIDEMENT LA BOUCLE, SENSIBLEMENT DANS LA DIRECTION, PAR RAPPORT A L'ENVIRONNEMENT DU FLUIDE QUI Y PASSE.

Description

La présente invention se rapporte à une pompe

pour fluides.

Il existe de nombreuses pompes pour fluides et on en a proposé qui ont été conçues pour différents usages; la forme la plus simple de pompe étant proba- blement le siphon, qui n'a pas de pièces mobiles ou de pièces d'usure, mais présente le désavantage qu'il ne peut fonctionner que s'il existe une pression différentielle. Le problème que doit résoudre l'invention est de fournir une pompe d'une complexité légèrement supérieure à celle d'un siphon mais qui fonctionnera

indépendamment de la présence d'une pression différen-

tielle. Selon l'invention le problème est résolu par la fourniture d'une pompe pour fluides caractérisée par une boucle tubulaire, une entrée dans la boucle,

une sortie en provenance de la boucle, des moyens d'en-

trainement pour entraîner la boucle dans un mouvement oscillatoire dans une direction correspondant à la direction du déplacement des fluides qui s'y trouvent, l'entrée et la sortie servant à diviser la boucle en deux trajets alternatifs de flux ainsi qu'un premier et un second clapets d'obturation des flux dans les trajets respectifs des flux, lesdits clapets coopérant pour maintenir pratiquement ininterrompu le flux de

fluide entre l'entrée et la sortie.

L'entrée peut être disposée pour recevoir le

fluide selon une direction essentiellement perpendicu-

laire au flux qui circule dans la boucle et de même la sortie peut être disposée pour évacuer le fluide selon une direction essentiellement perpendiculaire

au flux de ce fluide à l'intérieur de la boucle.

L'entrée et la sortie peuvent être disposées

coaxialement ou côte à côte.

La boucle peut être rigide ou en partie rigide

en partie souple.

Les pompes selon l'invention peuvent délivrer

un fluide à un débit sensiblement uniforme.

L'extrême simplicité de la pompe, un peu plus complexe qu'un siphon, permet un prix bas mais une haute fiabilité.

Les pompes préférées selon l'invention ne néces-

sitent aucune pièce mobile au contact du fluide pompé

et ne nécessitent donc pas de garnitures d'étanchéité.

Il s'ensuit qu'on peut les utiliser pour des fluides corrosifs, inflammables, toxiques et autres fluides dangereux y compris ceux qui comportent un pourcentage

élevé de solides en suspension.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris à la lecture de la descrip-

tion qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - La fig.l est une vue en élévation de l'avant d'une réalisation avec boucle rigide d'une pompe selon l'invention. - La fig. 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 La fig. 3 est une coupe partielle selon la ligne 3-3 de la figure 1, à échelle agrandie - La fig. 4 est une vue en élévation partielle semblable à la figure 1 montrant une réalisation avec boucle souple; - La fig. 5 est une coupe diamétrale partielle selon la ligne 5-5 de la figure 4 et à échelle agrandie Une réalisation avec boucle rigide "P" de la pompe comporte une boucle L que l'on fait osciller selon la direction du mouvement du fluide dans une portion 10 et qui s'alimente en fluide à partir d'une alimentation dans l'entrée 12 et qui évacue le fluide sous les conditions d'un flux constant par la sortie 14. L'entrée et la sortie sont alignées axialement et leur axe commun définit l'axe du mouvement oscillatoire autour

duquel oscille la portion 10, cet axe étant substan-

tiellement normal au plan de la boucle. Un premier moyen d'obturation du débit (obturateur) 16 qui comprend un clapet anti-retour de type à clapet battant est placé entre l'entrée et la sortie. L'entrée 12 est reliée à la boucle L de façon à coopérer avec elle pour définir les trajets alternatifs de flux 18A et

18B du fluide en direction de la sortie 14. L'obtura-

teur 16 est placé sur le trajet de flux 18A tandis qu'un second moyen d'obturation de flux (obturateur)

est placé sur l'autre trajet 18B. Les deux obtura-

teurs 16 et 20 sont sensibles au flux de fluide qui

y passe et fonctionnent pour interdire un flux inversé.

On va maintenant décrire le fonctionnement.

Supposons que la boucle L, une conduite d'alimentation 22 aboutissant à l'entrée 12 et la conduite d'évacuation

(non représentée) reliée à la sortie 14 soient remplies.

Les deux obturateurs 16 et 20 sont fermés. Si l'on saisit maintenant la portion 10 du tube en un point éloigné de son axe d'osc i.llation et si on manoeuvre cette portion de façon à déplacer le point-A qui se trouve à sa surface vers la droite, selon la direction de la flèche en trait plein de la figure 1, la particule d'eau W1 qui se trouve à l'intérieur du tube désire

rester en position fixe par rapport à l'espace environ-

nant du fait de son inertie. Si toutefois, comme on l'a

supposé, l'obturateur 16 est fermé et interdit effica-

cement ou tout au moins empêche une inversion du flux sur le trajet 18A, la particule W1 doit se déplacer vers la droite avec le point A. Si, pour les besoins de ce brevet, on définit le flux comme étant au moins le mouvement relatif entre le fluide qui se trouve dans la boucle L et le tube 10 dont la boucle est formée, alors 4-

il n'y pas encre eu de flux.

Supposons maintenant que l'on arrête brutalement le déplacement du point A. Lorsque ceci arrive, le fluide qui se trouve à l'intérieur du tbe, représenté par la particule W1, tend à continuer à se déplacer vers la droite avec la même vitesse que précédemment du fait de son inertie. Il se produit maintenant un flux,

comme on l'a défini ci-dessus, puisque le fluide repré-

senté par la particule W se dépàace vers la droite par rapport à un point A supposé fixe. Chaque fois qu'un flux en direction avant se produit du fait que la particule d'eau W1 se déplace vers la droite par rapport au tube 10 et au point A de ce tube, l'obturateur 16 va s'ouvrir pour admettre une autre quantité de fluide en direction du trajet de flux 18A. Au même moment

le fluide qui quitte à la sortie 14 après d'être écou-

lé par le trajet 18A va fonctionner pour maintenir fermé le second obturateur 20 et interdire ainsi une

inversion de flux dans le trajet alternatif 18B.

Les conditions-de ces obturateurs dépendent bien enten-

du des pressions différentielles qui s'exercent en amont et en aval du fluide, pressions qui engendrent

des forces auxquelles ces obturateurs répondent auto-

matiquement. Pour terminer le cycle, le point A doit être ramené à sa position d'origine. Lorsque ceci se produit, le fluide continue à s'écouler comme représenté par la particule W1 à essentiellement la même vitesse relative par rapport à l'environnement mais à une vitesse relative fortement augmentée par rapport au point A

du tube 10 qui se déplace dans la direction opposée.

Le fluide s'écoulant ainsi en direction avant par le trajet de flux 18A, considérons à nouveau ce qui se produit lorsque la première moitié du cycle se répète c'est-à-dire lorsque le point A se déplace

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vers la droite par rapport à l'environnement. Dès que le point A se déplace plus vite que la particule d'eau

W1 qui se trouve de la boucle L, la pression différen-

tielle du fluide de part et d'autre de l'obturateur 16 va manoeuvrer ce dernier pour l'amener en position fermée et interdire ainsi que le fluide ne continue à

entrer par l'entrée 12 pour suivre le trajet 18A. En -

même temps l'obturateur 20 va être à la fois tiré et poussé en position ouverte par le forces d'inertie du fluide qui se déplace en amont et en aval de cet obturateur y compris le fluide qui se trouve dans les conduites d'alimentation et d'évacuation. Lorsque l'obturateur 20 s'ouvre', le fluide commence à s'écouler depuis l'entrée 12 en direction de la sortie 1-4 en suivant le trajet 18B. Cette situation va se maintenir jusqu'à ce que le mouvement du point A vers la droite soit à nouveau brusquement arrêté et que la pression

du fluide côté aval de l'obturateur 16 devienne infé-

- rieure à la pression aval sur l'obturateur 20; lorsque ceci sé produit c'est l'obturateur 16 qui s'ouvre à nouveau et l'obturateur 20 qui se ferme-, ce qui rétablit l'écoulement du fluide par le trajet 18A et arrête celui qui passait par le trajet 18B et il en résulte un

écoulement essentiellement constant.

Si nous considérons la figure 1, il est important de réaliser que ce n'est pas la totalité de la boucle L qui contribue au pompage, qui y est active. En fait, ne contribue efficacement au pompage que la portion de la boucle qui, lorsqu'on la met en oscillation, subit une force qui présente une composante s'étendant dans la direction du mouvement du fluide. Inversement la portion ou les portions de la boucle qui sont soumises

à des forces qui présentent des composantes perpendi-

culaires aux mouvements du fluide dans ces portions de boucle sont, du point de vue pratique, inefficaces, bien qu'elles agissent comme canaux de communication

du fluide.

C'est ainsi que la boucle L comporte respecti-

vement les deux portions "actives" et "passives" X et Y. La signification de ces portions est que l'énergie du fluide qui se déplace dans la première doit être utilisée pour accélérer le fluide dans la dernière de façon que la totalité du fluide dans le circuit se déplace en même temps à la même vitesse. Il en résulte

comme principe-général de la pompe que c'est en mainte-

nant un rapport aussi élevé que possible entre la masse du fluide contenue dans les portions actives du circuit, en comparaison des portions passives, de ce circuit, que la vitesse d'ensemble du mouvement du fluide dans le circuit s'approchera le plus près du maximum que l'on peut obtenir dans ses portions actives. Dans les pompes représentées, aussi bien les réalisation à boucle rigide qu'à boucle souple présentent un rapport d'environ 1/1 de la portion active par rapport à la portion passive,

bien qu'il soit possible de dépasser de façon significa-

tive ce rapport en utilisant d'autres modes de réalisa-

tion plus compliqués.

Malgré ce qui semble être un cycle de pompage alternatif, plus ou moins "ouvert-fermé", de façon tout à fait inattendue, la pompe débite un flux instantané presque constant. En d'autres termes, alors que les forces agissant sur le fluide varient considérablement pendant la durée d'un cycle, à tout instant, l'un des obturateurs est toujours ouvert et le fluide s'écoule

en direction avant par l'un des trajets 18A ou 18B.

Ce fait, couplé avec le fait qu'au moins l'une des conduites d'alimentation et/ou d'évacuation arrivant à la pompe ou partant de la pompe a une longueur d'au moins plusieurs mètres, se traduit par une inertie suffisamment importante de l'ensemble du système pour qu'on ne puisse virtuellement détecter aucun effet de 248866o

cycle à la sortie 18.

Un mécanisme d'entraînement D, généralement conventionnel, est fixé à la portion de la boucle L que l'cn met en oscillation, à peu près au milieu entre ses extrémités; ce mécanisme crée un mouvement destiné à faire osciller cette portion rapidement au moyen d'un déplacement plus ou moins alternatif et dirigé

de façon générale selon l'axe du mouvement du fluide.

Une traverse rigide 24 partage en deux la boucle L du haut en bas, l'extrémité inférieure en étant fixée à un collecteur creux 26 type manchon qui loge les obturateurs 16 et 20 et dans lequel s'ouvrent les

extrémités opposées de la boucle L. L'extrémité supé-

rieure de la traverse 24 est en forme pour donner une chaise transversale 28 qui sert de siège à la section de boucle diamétralement opposée à son axe de mouvement oscillant. Comme on le voit sur les figures, la liaison entre l'extrémité supérieure de la traverse 26 et la

boucle comporte un collier 30. La traverse 24 a géné-

ralement la forme d'un U et le collier 30 passe à travers une fente horizontale 3-2 de l'ame 34 de ce U. Cette ame est reprise dans une portion transversale

36 (figure l)-d'une fente en X du collecteur 26.

Une broche axiale 38 rapportée à l'extrémité inférieure de la traverse 24 est reprise dans une portion axiale dela fente en X. La pompe peut donc facilement

se monter et se démonter.

Une embase de pompe 42 comporte une portion d'un profilé 1, son ame 44 supportant tous les éléments moteurs de la pompe. Un moyeu fixe tubulaire 46 est vissé dans un alésage 48 de l'ame.; à son tour il loge des coussinets 50 et 52 dans lesquels tourillonne

un prolongement tubulaire 64 du collecteur 26.

Le coussinet 52 comporte un bord rabattu en 56 tandis qu'une rondelle 58 et un circlips 60 logés dans une rainure annulaire 62 à l'extrémité arrière du prolonge ment 5-4 coopèrent l'un avec l'autre et avec le flasque, 56 pour éviter un déplacement axial du sous-ensemble du collecteur par rapport au moyeu tout en permettant son mouvement de rotation relative. Le moyeu 46 définit donc l'axe du mouvement d'oscillation autour

duquel la boucle L oscille dans sa réalisation rigide.

Sur les figures 1 et 2, le mouvement d'oscilla-

tion est donné par un moteur de puissance fractionnaire 64 boulonné à l'ame 44 avec son arbre de sortie 64 qui passe à travers l'ouverture 66 de cette ame pour arriver à la face avant o se trouvent les éléments de la pompe qui portent le fluide. L'arbre 64 fait partie d'un sous-ensemble- en forme d'excentrique réalisé sous forme d'un disque 66 fixé concentriquement à l'arbre

au moyen d'une vis pointeau 68 et d'une broche excen-

trée 70 décalée radialement par rapport à l'axe de rotation de l'arbre du moteur. La broche 70 porte à son extrémité avant une douille 72 maintenue entre les ailes 73 de la traverse 24, avec une marge dans le

sens transversal, pour assurer le mouvement de coulis-

sement dirigé selon sa longueur. De cette façon le

moteur 64 peut assurer par l'intermédiaire du sous-

ensemble à excentrique 66,70,72 la conversion du mouvement rotatif en mouvement oscillant de la traverse 24 et celle-ci à son tour fait osciller la boucle autour de l'axe défini par le moyeu 40. Le collecteur 26 (figures 2 et 3>comporte un élément tubulaire ouvert à chaque extrémité et ajusté à l'intérieur d'un sous-ensemble 74. Une portion 76 est cylindrique et définit pour le collecteur 26 un bouchon efficace pour former des étanchéités à chaque extrémité, ces extrémités comportant des rainures annulaires 78 dans

lesquelles se logent des bagues d'étanchéité 80.

Le prolongement 54 à travers lequel le fluide est évacué forme une partie du sous-ensemble 74 est d'une pièce avec ce sous-ensemble de même qu'un prolongement 82 côté entrée, par lequel le fluide pénètre dans la boucle. Le prolongement 82 loge l'entrée 12 qui conduit, par les obturateurs 16 et 20, à la boucle L et au trajet alternatif 18B respectivement. Ces obturateurs comportent des éléments 86 en caoutchouc formant clapet battant dont un bord 88 est replié sur lui-même et calé dans des rainures 90 de la portion centrale de l'ensemble 74. Un fluide amené dans la boucle L y circule sens d'horloge sur la figure 1 car

il ouvre l'obturateur 16 à l'entrée. Dès que le mouve-

ment de la boucle L est tel qu'il tend à induire un flux inversé dans la boucle, l'obturateur 16 se ferme et c'est l'obturateur 20 qui s'ouvre, ce qui bypasse le fluide qui arrive pour l'envoyer directement

à la sortie 14 par l'intermédiaire du bypass 18.

Un moteur de puissance 1/10 CV tournant à 1800 tpm peut pomper de l'eau à un débit presque constant d'environ 23 litres/minute en utilisant une conduite d'un diamètre interne d'environ 1,6 cm mise en forme de boucle elliptique dont le petit diamètre est d'environ 17, 8 cm et le grand diamètre d'environ

21,6 cm.

Les figures 4 à 5 représentent une réalisation PA à tube souple. La boucle L1 remplie de fluide est faite en un matériau souple capable d'absorber le mouvement oscillant que lui fait subir une-broche excentrée 70 lorsque l'extrémité d'arrivée 90A et l'extrémité d'évacuation 908 sont bridées l'une et l'autre ou fixées d'une autre façon aux extrémités ouvertes opposées 92A et 92B du collecteur 26 M. La

pomnpe P1diffère donc de la pompe P en ce que le mouve-

ment oscillant de cette dernière est repris par une conduite d'alimentation souple en torsion ou une conduite d'évacuation souple en torsion ou les deux tandis que dans le pompe P1 ce mouvement oscillant est

repris par la boucle L1.

-Une portion de tubage rigide 94 est insérée dans le tube à l'endroit o le collier 30 l'encercle pour éviter que ce tube ne s'écrase. L'obstacle minime

provenant de cette insertion est sans conséquence.

On utilise un ensemble modifié dans lequel le collec-

teur 26M est solidaire de l'ame 44 juste-au-dessus de son embase 42 et est disposé horizontalement, son entrée 12M et sa sortie 14M s'ouvrant vers l'avant côte à côte. La traverse 24M a son extrémité supérieure

28 bridée au tube; par contre, à son extrémité infé-

rieure, une ouverture 96 peut recevoir l'axe pivotant

98 qui vient en saillie en avant de l'ame 44 de la -

traverse en un point situé bien en dessous du trajet circulaire décrit par l'excentrique 70 de l'entralnement

D. Un ressort de tension 100 est relié entre les sur-

facesuopposées de la face arrière -de la traverse 24 M et de la face avant de l'ame du profilé 44 maintient montés, tout en permettant de les détacher, la traverse et l'axe. En variante, on pourrait également utiliser une disposition semblable à la réalisation à tube

rigide des figures 1,2 et 3 sous réserve que l'extré-

mité inférieure 36 de la traverse 24 soit montée sur le collecteur 26 pour permettre l'inclinaison de

partet d'autre autour de l'axe 38 servant de pivot.

Le collecteur 26 loge le premier obturateur 16M et le second obturateur 20M qui comportent des clapets anti-retour présentant chacun un siège ouvert 102 collé en place contre un épaulement annulaire 104 prévu à l'intérieur de chaque extrémité ouverte 92 et 92B du collecteur. Un axe 106 venu ddune pièce fait saillie en aval et reçoit un élément 108 formant clapet à trou central qui fonctionne pour fermer les ouvertures 110 du siège chaque fois qu'une inversion 1l de flux se produit dans les trajets alternatifs respectifs 18A et 18B. L'extrémité libre de l'axe 104

est élargie comme représenté en 112 pour y retenir l'é-

lément formant clapet 106.

Au point de vue fonctionnement la pompe des figures 4 et 5 est la même que celle des figures 1,2 et 3. A un instant donné, du fait qu'un point qui se trouve sur la section 10 de la boucle L1 se déplace vers la droite selon la direction de la flèche en trait plein de la figure 4 à une vitesse supérieure à celle

d'une particule d'eau, le clapet 16M se déplace auto-

matiquement pour se mettre en position fermée, ce

qui interdit une inversion de flux dans le trajet 18A.

Au même moment le fluide agissant sur le clapet 20M va opérer pour ouvrir ce dernier clapet ce qui permet

au fluide qui arrive par l'entrée 12M de passer immé-

diatement vers la sortie 14M en empruntant le trajet alternatif 18B et sans passer par la boucle L1 ni le

trajet 18A.

Bien entendu diverses modifications peuvent apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples

non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Pompe pour fluide, caractérisée par une boucle tubulaire (L), une entrée (12) dans la boucle, une sortie (14) en provenanc de la boucle, des moyens d'entraînement (64,66,70,72) pour entraîner la boucle dans un mouvement oscillatoire dans une direction correspondant à la direction du déplacement des fluides qui s'y trouvent, l'entrée et la sortie servant à diviser la boucle en deux trajets alternatifs de flux (18A, 18B) ainsi qu'un premier et un second clapets

d'obturation des flux (16,20) dans les trajets respec-

tifs des flux, lesdits clapets coopérant pour maintenir pratiquement ininterrompu le flux de fluide entre

l'entrée et la sortie.

2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée (12) est disposée pour recevoir le

fluide selon une direction essentiellement perpendicu-

laire au flux qui circule à l'intérieur de la boucle (L).

3. Pompe selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisée en ce que la sortie (14) est disposée pour évacuer le fluide selon une direction essentiellement perpendiculaire au flux qui circule

à l'intérieur de la boucle (L).

4. Pompe selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 3, caractérisée en-ce que l'entrée (12) et la sortie (14) sont disposées coaxialement (figure 1)

ou côte à côte (figure 4).

5. Pompe selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 5, caractérisée en ce que la boucle (L) est rigide et le'connecteur d'entrée (12) est fixe

mais souple dans la mesure nécessaire pour pouvoir.

reprendre l'oscillation de ladite boucle en l'absence

d'un joint dynamique pour le fluide.

6. Pompe selon l'une quelconque des revendica-

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1 à 5, caractérisée en ce qu'une portion de la boucle est rigide et une seconde portion souple; en ce que les moyens (64,66,70,72) permettant d'entraIner la boucle en oscillation sont reliés à la portion souple -5 et en ce que ladite portion souple est capable de se

déformer dans la mesure nécessaire pour pouvoir repren-

dre le cintrage causé entre elles et ladite portion

rigide par cette oscillation.

7. Pompe selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits premier et second moyens de contrôle du débit comprennent des clapets anti-retour (16,20)

8. Pompe selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 7, caractérisée en ce que ledit connecteur d'entrée (-12) est souple en torsion dans la mesure

nécessaire pour pouvoir reprendre le mouvement d'oscilla-

tion que subit la boucle et en ce que de préférence ledit connecteur de sortie (14) est souple en torsion dans la mesure nécessaire pour pouvoir reprendre le mouvement

d'oscillation que subit la boucle.