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Il Perfectionnements aux pompes pour liquides "
L'invention se rappo.rte à des perfectionnements relatifs aux pompes pour liquide et a pour objet de prévoir une cons- truction et un agencement perfectionnés d'une pompe qui est extrêmement simple dans ses détails mécaniques et qui est capable d'élever efficacement des liquides, même à partir d'une profondeur au-dessous de la partie mobile de la pompe plus grande que la colonne barométrique et de les débiter à n'importe quelle pression requise.
Les pompes construites conformément à la présente in- vention comprennent comme caractéristiques essentielles un conduit d'admission pourvu d'une soupape de retenue, située comme décrit ci-après, un conduit d'écoulement communiquant avec le conduit d'admission, et des moyens pour appliquer la pression de façon intermittente à leur jonction, ce point est désigné ci-après pour la commodité par la locution chambre de pression ".
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Il résulte d'une pression de ce genre, que la colonne de liquide au-dessus de la chambre de pression est mise en mouvement de façon à la séparer, ou à tendre de la séparer, de celle située en dessous de la chambre de pression.Cette pression tend aussi à comprimer la colonne d'admission et à transmettre de l'énergie à la partie d'admission du système, ce qui provoque l'expansion et/ou l'extension de la tuyaute- rie, et dans une certaine mesure, la compression du liquide lui-même.
Par la suppression de la pression sur la surface supérieure du liquide dans la partue d'admission, cette énergie, ou une partie de celle-ci, est utilisée pour éle- ver le liquide dans cette partie et pour, par ce moyen, per- mettre à la soupape d'aspiration de s'ouvrir (même au cas où la colonne d'admission est d'une hauteur plus grande que la colonne barométrique ) et au liquide d'être admis.
C'est par conséquent une caractéristique essentielle de la présen- te invention que la soupape d'aspiration soit placée à une distance suffisante en dessous de la chambre de pression pour permettre à une quantité considérable d'énergie d'être emmagasinée dans la partie d'admission du système, et cette soupape est placée de préférence à la base du conduit d'ad- mission, puisque aucune partie de ce conduit en dessous de la soupape d'aspiration n'est disponible pour emmagasiner de l'énergie.
Suivant l'invention il est préférable aussi de disposer le conduit d'écoulement, locution qui désigne ici la partie du système qui est au-dessus de la chambre de pression,de façon qu'il y ait là une hauteur importante de liquide, étant donné que ceci facilite la communication de l'énergie à la colonne d'admission, puisque cela permet à une pression
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-1/J.. v0 effective plus grande d'être développée ('.En tous cas, la hauteur de liquide doit être proportionnée pour permettre à une pression suffisante d'être appliquée à la surface de la colonne d'admission de façon à lui transmettre l'éner-
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gie nécessaire pour mettre cette colonne en mouvement ascen- dant et de permettre par ce moyen au liquide d'entrer par la soupape d'aspiration.
Il est nécessaire que les conduits formant la partie d'admission du système, et/ou le liquide, possèdent une'élasticité suffisante pour emmagasiner l'é- nergie nécessaire, mais on a constaté suivant l'invention qu'avec les pompes relativement petites avec lesquelles les demandeurs ont expérimenté jusqu'à présent, les conduits ordinaires en fonte, en acier ou en poterie sont satisfai- sants, et les demandeurs ont aussi travaillé avec un tuyau en caoutchouc.
Pour faire démarrer la pompe, il est nécessaire qu'elle soit amorcée, c'est-à-dire qu'il doit y avoir une colonne de liquide suffisante au-dessus du niveau de la chambre de pression.
La pression est appliquée de préférence au moyen d'un piston animé d'un mouvement alternatif dans un cylindre qui communique librement avec les conduits d'admission et de ref oulement .
Dans les dessins ci-annexés :
La figure 1 est une représentation purement schémati- que d'une forme de réalisation de l'invention montrant aussi certaines modifications possibles.
La figure 2 est une représentation analogue d'une dis- position modifiée du conduit d'admission et du conduit de refoulement.
La figure 3 est une représentation analogue montrant des moyens pour le contrôle du débit de la .pompe et la figure 4 est une représentation analogue d'un systè- me de pompage réversible pour le déplacement de liquides dans l'une ou l'autre de deux directions.
Des signes de référence semblables indiquent des parties semblables dans toue les dessins .
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En se référant d'abord à la figure 1 qui représente schématiquement un système de pompage conforme à la présente invention dans sa forme la plus simple, on voit qu'un con- duit 10 a son extrémité inférieure 11 plongée dans une sour- ce d'alimentation 12, et pourvue d'une soupape de retenue 13 pour l'admission, l'entrémité supérieure 14 du conduit constitue le pointde refoulement. A un point convenable quelconque entre ses extrémités, une connexion 16 donne communication avec un cylindre 17 ayant un piston ou plon- geur 18 qui y est déplacé alternativement par n'importe quel mécanisme de commande approprié.
Il n'est pas nécessai- re de prévoir des soupapes dans le cylindre 17 ou dans sa connexion avec le conduit 10, la seule fonction de ce cylin- dre et de ce piston étant d'exercer de façon intermittente une pression sur le contenu du conduit 10. Il est bien enten- du que plusieurs dispositifs autres qu'un cylindre et un piston peuvent être utilisés à la place de ceux-ci.
La connexion 16 vers le cylindre de la pompe peut être placée en n'importe quel point convenable de la longueur du co .âuit 10 et dans le cas d'une pompe à grande hauteur d'élévation, il peut tre placé au-dessus de la hauteur d'une colonne barométrique du liquide qui doit être pompé.
Le conduit 10 est continu de-cuis son extrémité d'admission 11 jusqu'à son extrémité de refoulement 14, et sa partie comprise entre l'extrémité d'admission 11 et la connexion 15 constitue le conduit d'admission, tandis que sa partie comprise entre la connexion 15 et l'extrémité de refoulement 14 constitue le conduit de refoulement et ces noms seront employés ci-après pour désigner ces deux parties.
Le fonctionnement de cette pompe est le suivant :
Le système entier est amorcé avec du liquide comme dé- crit ci-dessus, et la connexion 16 et le cylindre 17 sont aussi de préférence remplis avec du liquide lorsque le pis-
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ton 18 est à l'extrémité extérieure de sa cour se. La soupa- pe de retenue 13 pour l'admission est maintenue fermée par la pression de cette colonne de liquide.
Lorsque le piston est chassé vers l'intérieur, il exerce une pression sur le liquide à la fois dans les conduits d'admission et de refoulement et puisque la valve de retenue 13 est fermée ,il ne peut pas s'échapper de liquide par le conduit d'admission et le liquide dans le conduit lui-même est ainsi soumis à la pleine pression exercée par le piston, et la partie d'admission du système avec le liquide qu'elle contient est mise sous tension de sorte que la tuyauterie est dila- tée et le liquide est comprimé conformément à leurs carac- . têristiques physiques respectives.
Simultanément, l'application de la pression par le piston 18, au liquide du conduit de refoulement l'oblige à s'écouler à travers le conduit de tefoulement , et les dimensions de ce conduit sont choisies de préférence de fa- çon que le liquide soit débité à une grande vit esse. Cela est commodément effectué en employant un conduit de refou- lement de petit diamètre par rapport au cylindre de la pompe.
Lorsque l'extrémité de refoulement 14 est ouverte,la pression dans le système, qui peut être engendrée par le piston 18, dépend de la masse de liquide dans le conduit de refoulement et de l'accélération qui lui est communiquée, et il est désirable que cette pression soit élevée, ce qui est réalisé en garantissant soit qu'il y ait une grande mas- se dans le conduit de refoulement,soit qu'il soit donné une très grande vitesse, soit les deux.
Lorsque le liquide dans le conduit de refoulement a atteint sa vitesse maximum le piston s'approche de l'extré-
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mité intérieure de sa course ea l'atteint , suivant les dis- positions mécaniques utilisés pour actionner le' piston; s'il est commandé par une manivelle et une bielle de connexion,
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il aura un mouvement approximativement harmonique et la vitesse maximum du liquide dans le conduit de refoulement se produira au milieu ou un peu avant le milieu de la course du piston vers l'intérieur. Cependant aussitôt' que le piston ralentit ou s'arrête, le liquide dans le conduit de refoule- ment ayant atteint sa vitesse maximum tendra à continuer le mouvement, en vertu de son inertie de sorte qu'il se sépare- ra ou tendra à se séparer du liquide qui se trouve dans le cylindre et dans la partie d'admission du système.
Comme la pression sur la partie d'adinission du système est diminuée, l'énergie qui a été emmagasinée dans la partie d'admission du système est libérée et par ce moyen le liquide de la par- tie d'admission du système est mis en mouvement vers le con- duit de refoulement, et en étant élevé à partir de la soupape d'admission, il diminue la pression sur celle-ci de sorte qu'un influx de liquide se produit, dû à la pression atmos- phérique à l'extérieur;
il est entendu par conséquent que lorsque le piston est prêt à démarrer pour sa course suivan- te vers l'intérieur, un peu de liquide s'est écoulé à tra- vers le conduit de refoulement par l'extrémité ouverte 14 de celui-ci, un peu du liquide du conduit d'admission a été transféré dans le conduit de refoulement et vers le cylindre de la pompe, et du liquide additionnel a pénétré dans le conduit d'admission à travers la soupape de retenue 13.Dans la course suivante, le cycle de fonctionnement est répété et cela continue aussi longtemps que le piston est maintenu en mouvement de sorte que le liquide est élevé de la source d'alimentation 12 et refoulé ou débité par l'orifice d'écou- lement 14.
Il est entendu que des avantages spéciaux proviennent de cette caractéristique de la présente invention, comme par exemple dans le cas du pompage d'un liquide qui contient un gaz en solution. Cela est gênant avec un type ordinaire
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de pompe aspirante puisque le gaz tend à se dégager de la solution, tandis que dans le présent système, la présence de gaz en solution rend le liquide plus compressible de sor- te que plus d'énergie peut y être emmagasinée, et le fait que le liquide est soumis à une pression empêche le gaz de se dégager de la solut ion.
C'est aussi l'objet de l'invention de prévoir des moyens spéciaux dans la partie d'admission du système par lesquels de l'énergie peut être absorbée élastiquement; on appréciera naturellement que ces moyens spéciaux doivent toujours être capables de résister à la pression laquelle le système peut être soumis pendant son fonctionnement.Ain- si, par exemple, une cloche ou réservoir d'air 19 fermé peut être prévu pour communiquer avec l'intérieur du conduit-d'ad- mission près de son extrémité inférieure par un conduit 20, de façon que l'air dans le réservoir 19 soit comprimé pendant la course vers l'intérieur de la pompe et se dilate lorsque la pression est supprimée, pour aider à déplacer le liqui- de, vers le conduit de refoulement.
Le réservoir d'air lui- même peut être placé en ntimporte quel endroit conve- nable et peut communiquer avec l'extrémité inférieure du conduit d'admission par un tube 20 de petit diamètre,cette construction assurant que l'air dans le réservoir 19 ne' sera pas absorbé par le liquide et de ce fait enlevé . Au lieu d'employer un réservoir à air, il peut être souhaitable dans beaucoup de cas d'employer un piston commandé par un ressort dans le réservoir 19., le ressort étant d'une rigidité appropriée à la pression à développer, et il faut noter qu'un réservoir et un ressort de ce genre peuvent être pla- cés au dessus du niveau du liquide afin de permettre un ac- cès facile.
Dans les cas où des hauteurs d'élévation relativement petites sont exigées du côté de l'admission, le conduit
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d'admission peut être fait en une matière élastique appro- priée comme un solide tuyau de caoutchouc ; comme variante, un conduit métallique peut par exemple être doublé inté- rieurement de caoutchouc ou d'une autre matière élastique qui peut facilement absorber et rendre de l'énergie au sys- tème comme on le désire,et on appréciera que cela est utile par exemple pour pomper des liquides corrosifs.
Ce qui suit est un exemple d'une construction réelle d'une pompe utilisée en pratique.
Le piston avait 2 pouces anglais de diamètre et 4 pouces anglais de course et était mis en marche par un moteur d'un H.P. Le conduit d'admission était en acier doux et avait 1 pouce anglais de diamètre et approximativement 66 pieds anglais de long. Le niveau de l'eau se trouvait à 46 pieds anglais en dessous du fond du cylindre de pompe, qui était disposé verticalement, et la soupape d'aspiration se trouvait à 20 pieds anglais en dessous du niveau de l'eau. Le con- duit de refoulement avait 100 pieds anglais de long, ses pre- miers 30 pieds ayant 1 1/2 pouce anglais de diamètre et le reste 3 pouces anglais de diamètre, et le point d'écoule- ment de ce conduit se trouvait à 50 pieds au-dessus de la chambre de pression.
En travaillant à une vitesse de 340 courses par minute, un débit de 2400 gallons par heure pou- vait être obtenu, mais la pompe pouvait marcher des vi- tesses plus faibles en absorbant moins de puissance.
On appréciera naturellement que les conduits d'admis- sion et de refoulement peuvent former un ensemble continu aussi longtemps qu'il y a des moyens efficaces pour appli- quer la pression intermittente et que le terme "chambre de pression ", comme il est utilisé ici, couvre n'importe quel- le disposition pour l'application d'une pression de ce gen- re.
Il n'est pas essentiel que la tuyauterie soit disposée
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de la façon représentée à la figure 1, et la figure 2 montre une disposition différente dans laquelle le conduit d'admis- sion 21 avec la soupape de retenue 13 est vertical et le con- duit de refoulement 22 est horizontal. Dans ce cas, le cylin dre 17 est montré disposé verticalement et la connexion 16 à la jonction entre les conduits d'admission et de refoule- ment est en apparence une continuation du conduit d'admis- sion 21. Quoique dans cette disposition le conduit de refou- lement semble être placé sur le côté d'admission de la pom- pe, cela n'est pas ainsi en fait parce que le conduit de re- foulement est constitué comme avant par la partie du con- duit entre la connexion vers le cylindre et l'extrémité de refoulement ouverte .
On peut donc estimer'que n'importe quelle disposition de conduits d'admission et de refoulement peut être utilisée, et le cylindre et le piston peuvent être placés en n'importe quel point pourvu qu'ils communiquent avec la jonction des conduits d'admission et de refoulement de façon que la pres- sion puisse leur être appliquée de façon intermittente.Cette connexion sera de préférence remplie avec du liquide,comme le sera le cylindre, afin que les pressions requises puissent être obtenues,mais dans quelques cas, il peut être possible de prévoir un matelas d'air entre le piston de la pompe et le liquide dans la partie principale du système.
On appréciera que dans le système décrit jusqu'ici ,la seule soupape présente dans le système est la soupape de re- tenue automatique 13 pour l'admission, de sorte que la vi- tesse de débit du fluide par la pompe dépend seulement de la vitesse de fonctionnement du piston 18. Si l'on désire pré- voir une soupape de contrôle, cela peut être exécuté de la façon représentée schématiquement à la figure 3.
Une soupa- pe d'arrêt 23 est indiquée à l'extrémité de refoulement 14 du système, et afin d'empêcher que la pression s'élève dans le système lorsque cette soupape est fermée, on prévoit un
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cylindre 24 ayant une capacité égale à celle du cylindre 17, en communication directe avec les conduits d'admission et de refoulement, et un piston 25 dans ce cylindre est pourvu d'un ressort de contrôle 26 maintenant le piston 25 à l'ex- trémité intérieure de sa course .
Ce ressort est d'une rigi- dité telle qu'en fonctionnement normal du système,il ne bouge pas, ,nais lorsque la soupape 23 est fermés, la pres- sion qui est développée pendant le mouvement vers l'intérieur du piston 18 déplace le piston 25 de sorte que le liquide est simplement déplacé entre les cylindres 17 et 24 et la pres- sion sur la partie d'admission du système n'est jamais di- minuée de sorte que du liquide frais ne peut pénétrer dans le système et par conséquent la pression ne s'élève pas.
Si la soupape 23 est partiellement ouverte, un refoule- ment limité est ootenu, mais la pression sur la partie d'ad- mission du système ne retombe pas dans la même mesure et par conséquent une entrée de liquide réduite de façon cor- respondante a lieu par la soupape 13.
On désire parfois déplacer des liquides entre deux points dans l'une ou l'autre direction et le système de pompape conforme à l'invention se prête à une disposition de ce genre. Ceci est représenté schématiquement à la figure 4, dans laquelle sont montrés deux réservoirs 27 et 28. Le conduit 29 entre eux est raccordé à un cylindre de pompape 30 de la manière décrite ci-dessus,et chaque extrémité du conduit est pourvue d'une soupape de retenue automatique bl et d'une soupape d'arrêt 32 qui peut être ouverte ou fermée à volonté, la soupape d'arrêt débouchant dans le conduit d'admission au-dessus de la soupape d'admission 31.
Si une soupape 32 est fermée et l'autre ouverte, le fonctionnement de la seconde soupape 31 est empêché par ce moyen et le pom- page 1 lieu, de la manière décrite plus haut, du réservoir dans lequel la soupape d'arrêt 32 est fermée, dans le ré- servoir dans lequel la soupape d'arrêt est ouverte. Si l'on
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désire renverser la direction de pompape, il suffit de fermer la seconde soupape 32 et d'ouvrir la première soupa- pe 32; celle des soupapes de retenue 31, dont le fonctionne- ment est empêche par la fermeture de sa soupape d'arrêt, fait que eette extrémité du conduit constitue l'extrémité d'admission et que l'autre extrémité du conduit constitue l'extrémité d'écoulementou de refoulement.
Il a été expliqué ci-dessus qu'afin de faire démar- rer une pompe conforme à la présente invention, il est nécessaire de l'amorcer, mais si on ne désire pas le fai- re, le système peut être conçu de façon à s'amorcer auto- matiquement en donnant au conduit d'admission une hauteur moindre que la colonne barométrique du liquide à pomper, et en prévoyant une soupape de retenue sur le conduit de refoulement tout près de sa connexion avec le conduit d'admission; ceci est représenté schématiquement à la fi- gure 1, dans laquelle une soupape de retenue 33 est montrée sur le conduit de refoulement immédiatement au-dessus de la connexion 16 du cylindre 17.
Cette connexion 16 est faite vers le conduit 10 à une hauteur telle que le mouvement vers l'extérieur du piston 18 aspirera du liquide comme dans une pompe aspirante ordinaire dans le conduit d'admis- sion ; pendant la course vers l'intérieure, l'air du système ou le liquide seront refoulés à travers la soupape 33 vers le conduit de refoulement, et pendant la course vers l'ex- térieur suivante, une plus grande quantité de liquide sera aspirée jusqu'à ce que tout le système soit effective- ment amorcé. Dès que cet état de choses est atteint,la pom- pe fonctionne de la manière décrite précédemment et la sou- pape 33 sera ordinairement maintenue constamment ouverte par le flux de liquide qui la traverse.
Finaleraent, il est à signaler que les dessins accompa- gnant la présente description sont purement schématiques et ne sont pas donnés avec l'intention de limiter en aucune
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façon l'agencement où disposition mécanique du système, et que tout type de soupapes approprié et toute autre espèce de de pompe capable de produire une pression/façon intermitten- te peuvent être utilisées, la seule chose requise étant qu'un intervalle de temps suffisant doit être prévu entre les impulsions de pression pour permettre le transfert du liquide de la manière décrite précédemment et que les soupa- pes soient effectivement appropriées à un flux de ce genre.
REVENDICATIONS.
1. Un système de pompage pour liquides comprenant un conduit d'admission pourvu d'une soupape de retenue et un con- duit de refoulement ayant une extrémité en communication avec le conduit d'admission et un moyen pour appliquer une pression intermittente aux liquides dans ces conduits à leur fonction, caractérisé en ce que la soupape d'admission est placée en dessous de la chambre de pression telle qu'elle est définie plus haut, à une distance telle qu'une énergie suffisant 'fuisse être emmagasinée dans la partie d'admission du système pour mettre en mouvement ascendant la colonne de liquide dans cette partie d'admission lorsque la pression cesse d'agir et permettre ou faciliter ainsi l'entrée de nouveau liquide par la soupape d'admission.