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" Pompe pour le transport de solides s'écoulant librement ou de suspensions à très faible teneur en liquide"
La présente invention concerne les pompes et vise notam- ment une pompe pour le transport de solides s'écoulant librement ou de suspensions à très faible teneur en liquide, telles que béton, boues et analogues. Suivant un mode de réalisation, la pompe visée par l'invention est particulièrement indiquée pour la manutention de liquides.
Les pompes de déplacement de solides s'écoulant libre- ment et de compositions à faible teneur en liquide telles que le
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béton sont particulièrement susceptibles d'abrasion et d'usure. Il est particulièrement désirable, dans des pompes de déplacement de solides, de prévoir un minimum de pièces mobiles. On conçoit que les obturateurs et pistons d'une pompe standard, à mouvement alternatif, assurant le transfert de solides s'écoulant librement présenteront au bout d'un bref délai une usure excessive.
En conséquence, un but principal de l'invention est de proposer une pompe présentant un minimum de pièces mobiles.
Un autre but de l'invention est de proposer une pompe assurant la mise en oeuvre de forces centrifuges pour déplacer de la matière en cours de transfert.
Un autre but encore de l'invention est de proposer une pompe comportant un organe de pompage tubulaire qui présente une entrée à son extrémité supérieure et une sortie .débouchant laté- ralement à son extrémité inférieure, cet organe de pompage tubu- laire étant suspendu par articulation à son extrémité supérieure et des moyens étant prévus pour lui imprimer un mouvement oscillant autour de son articulation de support.
Un autre but encore de l'invention est de proposer une pompe pour le transfert de solides qui n'exige qu'un minimum d' entretien.
Enfin, un autre but est de proposer une pompe de struc- ture simplifiée et robuste, particulièrement indiquée pour le transfert de solides s'écoulant librement et de suspensions à haute teneur en solides, telles que béton et analogues.
La pompe perfectionnée suivant l'invention comporte un organe de pompage tubulaire présentant une branche d'admission et une branche de refoulement, la branche d'admission étant soutenue par articulation. Il est prévu des moyens propres à imprimer à l'organe de pompage un mouvement d'oscillation d'avant en arrière autour de l'articulation de support de la branche d'admission.
L'organe de pompage tubulaire présente de préférence un coude à
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angle aigu à l'intersection entre les branches d'admission et de refoulement),mais l'angle aigu n'est pas indispensable au fonction nement.
Quand on utilise la pompe au pompage de solides s'éceu- lant librement ou de suspensions à haute teneur en solides, 1' organe de pompage tubulaire présente un passage ouvert qui s'étend suivant sa longueur et est exempt d'obstruction, ne contenant ni obturateur, ni piston. Quand on utilise la pompe au pompage de liquides, il est désirable d'interposer dans le passage ouvert de l'organe de pompage tubulaire une soupape à une seule voie desti- née à permettre la circulation en direction de la branche de re- foulement et à s'opposer à la circulation en sens inverse*
Dans la pompe suivant l'invention, on met en oeuvre des forces centrifuges et l'inertie pour déplacer la matière en cours de transfert.
On engendre les forces centrifuges en impri- mant à l'organe de pompage tubulaire un mouvement oscillant limita ! autour de l'articulation de support de sa branche d'admission. On ; fait osciller l'organe de pompage tubulaire à haute fréquence pour obtenir les forces d'inertie et les pressions nécessaires au ' fonctionnement de la pompe. Par exemple, une pompe ayant un rayon de 76 cm (entre l'articulation de support et l'axe du trou de refoulement) et une course de 15 cm, fonctionnant à 1500 périodes par minute, soit 3000 courses par minute, engendrera des forces à raison d'environ 1667 g et présentera, si elle est pleine de béton,! une pression dirigée vers la périphérie atteignant environ 3,4 kg/mm2.
On conçoit qu'en modifiant le rayon de la pompe, la longueur et la fréquence de sa course, on pourra faire varier considérablement la pression engendrée par la pompe.
D'autres buts et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessine annexes sur lesquels ; - Les figures 1 à 6 sont une série de vues de face en
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élévation, avec arrachements partiels, montrant des positions suc- cessives apparaissant pendant le fonctionnement d'une pompe lui. vant un mode de réalisation préféré de l'invention.
- La figure 7 est une vue en élévation, avec coupe par- tielle, de la pompe suivant l'invention, comportant une soupape à une seule voie montée en position active pour adapter la pompe au transfert de liquides.
- La figure 8 est une vue en élévation, avec arrache- ments partiels, de la pompe suivant l'invention, présentant une disposition un peu différente de celle de la pompe montée sur les figures l à 7.
- La figure 9 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 9-9 de la figure 7 d'un tronçon supérieur de l'organe de pompage tubulaire de la pompe montrée sur cette figure.
- La figure 10 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 10-10 de la figure 7 d'un tronçon inférieur de la branche d'admission de l'organe de pompage tubulaire.
- La figure 11 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 11-11 de la figure 7 de la branche de refoulement de l' organe de pompage tubulaire.
- La figure 12 est une vue en coupe suivant la ligne 12-12 de la figure 7, montrant d'une manière plus détaillée la structure de la soupape à une seule voie.
- La figure 13 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 13-13 de la figure 12.
- La figure 14 est une vue de dessus de deux pompes suivant l'invention montées en parallèle pour desservir une con. duite commune, les tronçons supérieurs des deux pompes étant sup- primée pour plus de clarté.
- La figure 15 est une vue en coupe suivant la ligne 15-15 de la figure 14, et - La figure 16 illustre une variante d'adaptateur de
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raccordement du refoulement de pompage tubulaire suivant l'inven- tion à une conduite fixe* - Les figures 1 à 6 considérées dans l'ordre illustrent le mode de réalisation préféré d'une pompe élévatoire oscillante 10 suivant l'invention.
La pompe 10 comporte un organe de pompage tubulaire 12 raccordé par son extrémité supérieure, par l'inter- médiaire d'un adaptateur d'accouplement en caoutchouc flexible 14, à la sortie d'une trémie 16,, L'organe de pompage tubulaire 12 comporte une branche d'admission 18, dont l'extrémité supérieure est raccordée à l'adaptateur d'accouplement 14, et une branche de refoulement 20. Suivant le mode de réalisation particulier illus- tré, le tronçon inférieur de la branche d'admission 18 fait un angle aigu avec la branche de refoulement 20. Cette branche de refoulement 20 est raccordée de manière fixe, par l'intermédiaire d'un adaptateur d'accouplement en caoutchouc épais 22, à une conduite fixe 24.
L'adaptateur d'accouplement 22 est enfermé dans une gaine métallique massive 26 qui l'empêche de balloner à l' excès sous l'action des hautes pressions de fonctionnement* La gaine 12 est fixée par une extrémité à la conduite 24, son autre extrémité demeurant libre.
Les adaptateurs d'accouplement 14 et 22 pourront être maintenus réunis aux pièces associées par rive- tage, vulcanisation ou autre technique convenable de fixation adhérente; ils sont avantageusement à plusieurs épaisseurs et ren- forcés de cordonnets pour avoir la résistance mécanique nécessaire en vue d'un service prolongé,
L'organe de pompage tubulaire 12 ou, plus exactement, sa branche d'admission 18., est soutenue par articulation sur un bâti de pompe 28. Une frotte métallique massive 30, qui entoure l'extrémité supérieure de la branche d'admission 18, est solidaire de deux éléments de suspension 32 dirigés vers le haut.
Les élé- ments de suspension 32, situés de part et d'autre de la branche
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d'admission 18, sont soutenue chacun par un bout d'arbre 34 monté dans un palier porteur 36. Les paliers porteurs 36 sont soutenus chacun par l'une de deux traverses horizontales espacées 38, appar- tenant au bâti 28 de la pompe.
Le moyen propre à imprimer à l'organe de pompage tubu- laire 12 un mouvement oscillant autour de l'articulation de sup- port de la branche d'admission 16 comporte un moteur 40 accouplée par l'intermédiaire d'un excentrique 42 et d'une bielle 44,à l'extrémité de la branche d'admission 18. La bielle 44 est arti- culée aux deux extrémités. Quand l'arbre du moteur 40 tourne dans l'un ou l'autre sens, l'excentrique 42 déplace rapidement l'organe de pompage tubulaire à va-et-vient d'avant en arrière* L'excentri- que 42 est équilibré par un contre poids 43, ceci pour minimiser les vibrations.
C'est en examinant dans l'ordre les figures 1 à 6 que l'on comprendra le mieux le fonctionnement de la pompe. L'étude qu'on va donner ci-dessous des forces agissant à l'intérieur de la pompe est basée sur les connaissances actuelles et proposée comme une explication possible du fonctionnement de la .pompe. Les figures 1 et 2 représentent chacune l'une des deux positions ex- trêmes de l'organe de pompage tubulaire. Sur la figure 1, la pompe occupe la position A et on peut la considérer comme étant soit à la fin de sa course d'admission ou de charge, soit au début de sa course de compression. La pompe 10 occupant la position C montrée sur la figure 2 peut être considérée comme étant soit à la fin de sa course de compression, soit au début de sa course d'admission ou de charge.
Sur les figures 3 et 5, la pompe est en position inter- médiaire B; plus exactement, sur la figure 3, elle est sensiblement à mi-chemin de sa course d'admission et, sur la figure 5, sensible- ment à mi-chemin de sa course de compression.
L'organe de pompage tubulaire 12 de la pompe 10 est re- présenté rempli d'une matière solide s'écoulant librement et, pour
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faciliter l'exposa on a divisé sur les figures 1 à 6 cette matière en plusieurs segments numérotées de 1 à 5. Il importe de noter que pendant l'oscillation ou course de compression de la position A à la position C, telles qu'indiquées sur les figures 1 et 2, il n'y a pas déplacement de la matière par rapport à l'organe de pompage 12. L'organe de pompage 12 et la matière qu'il contient sont sim- plement amenés en position C. Quand l'organe tubulaire de pompage a atteint la position C, sa course s'inverse brusquement sous 1' action de l'excentrique et la matière contenue dans la branche de refoulement 20 de l'organe de pompage tubulaire 12 poursuit sa course en direction de la conduite fixe 24.
Pendant que l'organe de pompage tubulaire 12 revient en position A (voir figure 3, sur laquelle il occupe maintenant la position B), un vide apparaît mo- mentanément dans la zone correspondant, d'une manière générale, à l'intersection des deux branches 18 et 20, ce vide se remplissant rapidement d'un nouveau segment 3 de matière. Ce vide se remplit essentiellement sous l'action des forces de gravitation ou centri- fuges importantes engendrées par la pompe, bien qu'un vide partiel soit d'une certaine assistance.
La pompe montrée sur la figure 4 est une fois encore en position A, à la fin de sa course d'admission ou de charge. On peut aussi considérer la position A montrée sur la figure 4 comme le début de la course de compression. La matière constituant les segments 2 et 3 joue, pendant que la pompe décrit sa course de compression, à partir de la position A, le rôle d'un piston, re- poussant la matière qui forme le segment 1, essentiellement contenu dans le manchon d'accouplement 22, en direction de la conduite 24.
Si la pompe fonctionne sous faible chute et à raison d'un grand nombre de courses par minute, la matière formant le segment 1 peut ne pas être uniquement poussée, à strictement parler, mais avancer par effet d'inertie jusqu'à perdre contact avec la matière contenue dans la branche de refoulement 20.
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Sur la figure 6, la pompe a inversé son mouvement et est au début de sa course d'admission ou de charge. Quand la pompe inverse non mouvement à la position C, les forces de gravité ou centrifuges qui maintenaient précédemment à frottement la matière contre la base de la branche de refoulement 22 cessent de s'exer- cer, permettant au contenu de la branche de refoulement 20 de poursuivre sa course rectiligne. Il importe, envue d'un fonction- nement efficace de la pompe, que la trajectoire de la matière
C libérée longe sensiblement l'axe de la conduite fixe 24, et l'on obtient ce résultat en faisant en sorte que la branche de refou- lement 20 se situe en position 0, dans l'alignement de la conduite 24.
On peut considérer l'organe de pompage tubulaire 12 comme un pendule et, en vue du fonctionnement le plus efficace, il faut que cet organe de pompage inverse sa course au centre infé- rieur de son mouvement oscillant, la pompe 10 et la conduite 24 occupant les positions montrées sur les figures 1 à 6. On améliore le rendement de la pompe en prévoyant la branche de refoulement 20 aussi courte que possible. Pour une pompe à course relativement longue, on pourra incurver légèrement la branche de refoulement pour conserver à sa médiane une distance constante à l'articulation de support de l'organe tubulaire 12. On confère à l'extrémité d' entrée de la conduite fixe 24 une courbure correspondante pour pouvoir l'aligner avec précision avec la branche de refoulement 20.
La configuration de l'organe de pompage tubulaire 12 a une influence importante sur le rendement de la pompe suivant l'invention. L'extrémité intérieure de la branche de refoulement 20 est soutenue par une paroi postérieure inclinée 46 qui forme en même temps l'extrémité de raccordement de la branche d'admission 18. Suivant le mode de réalisation particulier illustré à titre d'exemple, la paroi 46 a une inclinaison d'environ 45 sur la branche de refoulement 20. Le fonctionnement de la pompe demeure satisfaisant quand la paroi 46 fait avec la branche de refoulement
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20 des angles divers pouvant aller jusque 90 . Le rendement de la pompe baisse considérablement si la paroi 46 fait avec la branche 20 un angle obtus.
Dans le pompage de solides s'écoulant librement ou de béton à faible teneur en liquide, la surface 46 joue en fait le rôle d'obturateur pendant le mouvement oscillant dirigé vers l'avant décrit par l'organe de pompage tubulaire pendant sa course de compression.
Pendant la course de compression, le poids de la matière contenue dans la trémie 16 et dans la branche d'admission 18 ou, plus exactement, les grandes forces centrifuges engendrées par le mouvement oscillant de l'organe de pompage 12 coopèrent avec la surface 46 pour résister à la tendance de la matière contenue dans la branche de refoulement 20 à refluer dans le tronçon supérieur de la pompe..
A cet égard, on a constaté que le béton se comporte davantage en solide qu'en liquide, de sorte que les pressions qui s'appliquent au béton contenu dans la branche de refoulement 20 ne prennent pas dans toutes directions la répartition uniforme carac- téristique d'un liquide. En conséquence, les lignes de force qui s'établissent dans le béton en cours de pompage sont plus analogues aux lignes de force caractéristiques d'un solide s'écoulant libre- ment et, en conséquence, ces forces sont dirigées suivant une direction unique grâce à la surface d'obturation 46. L'efficacité avec laquelle la surface 46 jouent le rôle d'obturateur dépend, entre autres, de la teneur en liquide de la matière en cours de pompage et de l'inclinaison que présente cette surface 46.
La gran- deur des forces de gravité ou centrifuges engendrées a une influ- ence très importante sur l'effet d'obturation subi par la matière en cours de pompage. Plus la matière contient de liquide, plus le pompage dépend de l'apparition de grandes forces de gravité ou centrifuges. Pour le pompage de liquide, il est nécessaire d'utili- ser des obturateurs classiques si l'on désire conférer à la pompe un haut rendement.
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La pompe montrée sur les figures 1 à 6 est garnie d'une vanne à une voie 48, à clapet rétractable 48, dont le clapet peut prendre et quitter la position d'interception du passage ouvert de l'organe de pompage tubulaire 12. On notera que dans le pompage de solides et de solides à faible teneur en liquide, l'organe de pompage tubulaire présente sur toute sa longueur un passage ouvert exempt d'obstruction. Cette caractéristique minimise l'usure. Le fait que la matière en cours de pompage ne se déplace dans la pompe que sous l'action d'un vide partiel pendant la course de charge minimise également l'usure.
La vanne à clapet rétractable 48 est une vanne à clapet classique comportant une membrane en caoutchouc flexible 50 (figures 12 et 13) qui permet à de l'eau ou autre liquide de pas- ser vers la branche de refoulement 20 et qui s'oppose au mouvement du liquide dans le sens opposé. Un organe conique 52 empêche la membrane 50 de s'affaisser complètement quand des forces s'appli- quent à sa face supérieure. La présence d'un clapet rétractable est une caractéristique particulièrement désirable dans une pompe utilisée au pompage de béton, car sa présence facilite le nettoya- ge de la pompe.
On a constaté qu'on peut améliorer l'action distributrice assurée par la pompe, sans réduire la capacité de pompage, en donnant au tronçon inférieur de la branche d'admission 10 une section transversale elliptique telle que représentée sur la figure 10. Les tronçons supérieurs des branches d'admission 28 et de refoulement 20 présentent, suivant le mode de réalisation choisi, des sections transversales circulaires, comme on le voit sur les figures 9 et 11.
Les pompes suivant l'invention sont avantageusement asso- ciées deux à deux, étant montées en parallèle et raccordées par un raccord à trois branches à une conduite commune. Les deux pompes présentant en fonctionnement un déphasage de 180* et, grâce à cet
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agencement, il s'applique à la matière contenue dans la conduire une pression sensiblement constante.. On a représenté à titre d' exemple un tel agencement sur la figure 14, sur laquelle on voit que des pompes 60 et 62, (dont on a supprimé pour plus de clarté les tronçons supérieurs et les trémies) sont entraînées par des excentriques portés aux extrémités opposées de l'arbre menant 63 d'un moteur 64.
Les deux pompes 60 et 62 sont garnies chacune d' une vanne à une voie, 66 et 68 respectivement, Les conduites sous pression 70 et 72 de refoulement des deux pompes se rejoignent pour former une conduite 74. La figure 15 montre en coupe trans- versale la vanne 68 on voit qu'elle comporte un clapet articulé 70' qui s'ouvre pour permettre au liquide de passer vers la con- duite 74 et qui interdit la circulation du liquide en sens opposé.
On a constaté qu'on peut améliorer le rendement de la pompe suivant l'invention en prévoyant un moyen 80 propre à stop- per le déplacement vers l'extérieur de l'organe de pompage tubu- laire 12 immédiatement avant inversion de la course de ce dernier* On obtient ce résultat en fixant extérieurement un organe d'arrêt 82 à la face inférieure de la branche de refoulement 20, en posi- tion voulue pour rencontrer un tampom 84 immédiatement avant inver- sion de la course de la branche de refoulement.
Le tampon 84 com- prend, suivant le mode de réalisation choisi, une roue en caout- chouc tournant librement, dont l'axe présente la disposition veu- lue pour qu'à chaque rencontre du tampon, la roue tourne lentement Cette roue en caoutchouc est avantageusement à bandage pneumatique gonflé au gaz*
L'adaptateur 22 de raccordement entre la branche de refoulement 20 et la conduite fixe 24 pourra se présenter sous des formes diverses* Une forme convenable est celle en accordéon.
L'adaptateur ou raccord 22 en caoutchouc est fixé par ses extré. mités opposées, par rivetage ou autres moyens convenable, par exemple frettes métalliques, à la branche de refoulement 20 et à
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la conduite fixe 24. Pour empêcher le manchon d'accouplement 22 de ballonner, on l'enferme dans la gaine métallique 26, La figure 16 montre un autre modèle de manchon d'accouplement. Le manchon 86 montré sur la figure 16 s'infléchit de la même manière qu'un tuyau en caoutchouc flexible qui amorce un retournement.
Pendant la course de compression, un tronçon de petit diamètre du manchon d'accouplement en caoutchouc 86 pénètre en roulant sur lui-même dans un tronçon fixe de plus grand diamètre, à mesure que la bran- che de refoulement 20 de l'organe de pompage tubulaire 12 se dé- place vers l'avant pour pénétrer dans la conduite fixe 24,de plus grand diamètre. Pendant la course de charge, le manchon d'accou- plement 86 revient en position initiale en roulant sur lui-même vers l'extérieur. Les adaptateurs d'accouplement sont renforcés de cordonnets en "Nylon", acier ou autres, à raison du nombre d'épaisseurs voulu pour supporter les pressions susceptibles d' apparaître pendant le fonctionnement de la pompe.
Les cordonnets présentent de préférence au sein de ces épaisseurs la texture voulue pour assurer le maximum de résistance et de /flexibilité.
On pourra utiliser des adaptateurs d'accouplement d'autres modè- les. Un modèle d'adaptateur préféré, représenté sur la figure 16, comporte quatre épaisseurs de caoutchouc, renforcées chacune de cordonnets de " Nylon" , les cordonnets s'étendant, dans l'une sur deux de ces couches, transversalement aux cordonnets des cou- ches immédiatement voisines. La bielle 44 du mécanisme d'entraine- ment de la pompe pourra être équipée d'un mécanisme de désaccou- plement de modèle classique, destiné à protéger la pompe contre toute pression supérieure à une valeur choisie par réglage.
Pendant le fonctionnement de la pompe suivant l'inven- tion en vue de l'élévation d'une charge au-dessus du niveau de la pompe, on a constaté que de grandes pertes par frottement ap- paraissent au-delà de la pompe, au niveau d'un coude accusé décrit par la conduite 24 pour se diriger vers le haut. La pompe suivant
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l'invention est apte à prendre des positions diverses, par exemple celle représentée sur la figure 8, permettant d'éviter la présence dans la conduite 24 de coudes accusés et de minimiser ainsi les pertes par frottement. La pompe montrée sur la figure 8 diffère par certains aspects mineurs de celle montrée sur les figures 1 à 7.
On a imprimé à cette pompe un déplacement angulaire autour de son axe d'articulation pour que l'axe de la branche de refoulement 20 de l'organe de pompage tubulaire 12 soit incliné à 45 environ sur l'horizontale. Le moteur 40 et son bâti sont maintenant placés au-dessous de la trémie 16 pour qu'on puisse utiliser une bielle 44 de longueur inchangée. On a modifié dans une certaine mesure la configuration du tronçon supérieur de la branche d'admission 18 de l'organe de pompage tubulaire 12 pour permettre à la pompe de fonctionner dans sa nouvelle position angulaire sans qu'on ait à modifier là trémie 16 ni le bâti de pompe 28. On a considérable- ment allongé la face d'amont de la branche d'admission 18.
On a prévu une charpente supplémentaire, comportant des supports 88 et 90, pour soutenir la pompe 10 et la conduite 24 dans les posi- tions montrées sur la figure 8. On pourra conférer à la pompe mon- trée sur les figures 1 à 7 la position angulaire indiquée sur la figure 8 sans modifier la configuration de la branche de refoule- ment 20 en utilisant un adaptateur d'accouplement 14 modifié entre cette branche 20 et la trémie 16.
Bien qu'on ait décrit à titre d'exemple certains modes de réalisation de l'invention, il est bien entendu qu'on pourra leur apporter diverses modifications et variantes, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.