EP0417262B1 - Belier hydraulique - Google Patents

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EP0417262B1
EP0417262B1 EP90906251A EP90906251A EP0417262B1 EP 0417262 B1 EP0417262 B1 EP 0417262B1 EP 90906251 A EP90906251 A EP 90906251A EP 90906251 A EP90906251 A EP 90906251A EP 0417262 B1 EP0417262 B1 EP 0417262B1
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valve
chamber
bell
clapper
ram
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Michel Gobaud
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F7/00—Pumps displacing fluids by using inertia thereof, e.g. by generating vibrations therein
    • F04F7/02—Hydraulic rams

Definitions

  • the present invention relates to an improved hydraulic ram.
  • Hydraulic rams have been known for a very long time. These are water lifting devices using the shock in a suddenly closed pipe (water hammer) to force part of the liquid mass to rise to an altitude greater than the height of fall.
  • Document US-A-1 364 617 discloses a hydraulic cylinder system using the ram principle and comprising, in particular, a bell provided with a ball valve system.
  • this system does not have a chamber with a valve escape pipe and said bell is supplied with quantities of water which are discharged into the water pipe by a rocking system at the top of said pipe, if although such a system is completely incapable of raising the water above the starting level.
  • document US-A-2 424 108 also discloses a hydraulic ram, but which is not designed to raise water, but to create high hydraulic pressures at high frequency, usable for example in the oil drilling or geophysical prospecting.
  • the object of the invention is to improve the hydraulic water lifting rams by improving in particular the yield.
  • the subject of the invention is a hydraulic ram of the type comprising a chamber, a water inlet pipe, a leakage pipe provided with a valve and a bell communicating with said chamber by means of a valve system consisting of a plurality of individual valves in parallel, of the ball type, each capable of closing a passage orifice, said bell being provided with a water delivery outlet, characterized in that the valve balls are each contained with a seat formed in a wall separating said chamber from said bell, by means of dividing partitions and a perforated bottom plate and in that the leakage duct is arranged vertically, under the ram chamber and the valve thereof has a vertical axis extending in the chamber and mounted sliding in a fixed bearing being constantly recalled and elastically in the high opening position of the valve, while said valve further comprises a damping member for the end of the down travel.
  • the leakage duct is arranged vertically, under the ram chamber and the valve of the latter has a vertical axis extending in the chamber and mounted sliding in a fixed bearing being constantly and elastically returned to the high valve opening position, however, that said valve further comprises a damping member for the end-of-travel stroke.
  • said valve is placed in a venturi-shaped duct, slightly upstream of the smallest section, a rubber washer being provided at the level of contact between the valve and its seat.
  • a filtering grid is interposed between the chamber of the ram and the bell so as to tangent the water inlet pipe.
  • the water inlet conduit has a section which widens in the direction of the ram chamber and is formed by two half-conduits provided with lateral fixing flanges superimposed in the joint plane of the half ducts, said flanges being integral with ram lugs in an appropriate fixing structure.
  • the ram shown in the drawings comprises a cylindrical chamber 1 with a vertical axis, provided with a horizontal water inlet duct 2, a vertical leakage duct 3 disposed below the chamber 1 and with a bell cylindrical 4 disposed above the chamber 1 and provided with a connection 5 for water discharge.
  • a valve system consisting of a plurality of ball-shaped valves 6 arranged in parallel each opposite a circular orifice 7 which it is likely to clog.
  • the orifices or seats 7 are formed in a relatively thick plate 8 fixed in the joint plane of the bell 4 and of the chamber 1.
  • the balls 6 are arranged on the side of the plate 8 opposite to the chamber 1. Each ball has a certain degree of freedom so as to be able to close its seat or, on the contrary, move away from this enough to let through a certain flow of water.
  • each ball 6 is confined in a space 9 delimited by dividing partitions 10 and a perforated rear plate 11 and for example pierced with a multitude of holes (not shown).
  • the passage sections 12 in the latter are in the form of a venturi, the seat itself 13 of each ball 6 being in the approximate shape of a truncated cone .
  • fifty balls 6 with a diameter of the order of 70 mm can be provided.
  • the balls 6 are advantageously made of rubber or the like in order to limit the noise of impacts against the walls and plate 8, 10, 11.
  • a grid 14 of separation between the chamber 1 and the tank 4 intended to filter the water is disposed in the chamber 1, in the vicinity of the plate 8, in the chamber 1, in the vicinity of the plate 8, is disposed a grid 14 of separation between the chamber 1 and the tank 4 intended to filter the water, this grid 14 being arranged in the extension of the conduit 2 which it tangents substantially at the level of the upper generator.
  • valve with a vertical axis coaxial with the leakage conduit 3.
  • This valve comprises a shutter member 15 of generally frustoconical shape, capable of bearing against an annular seat 16 carried by the conduit 3. More specifically , this duct has a general form of venturi with a section of minimum diameter immediately downstream of said seat 16.
  • a ring 17 of rubber or the like is attached to the member 15 in line with the contact area.
  • the part 18 of the conduit 3 which is widening forms a diffuser.
  • the shutter member 15 is fixed to the end of a vertical axis 19 slidably mounted in a sleeve 20 fixed by arms 21 to the wall of the ram chamber.
  • the member 15 is constantly reminded in the high position, at a distance from the seat 16, by a spring 22, while at the end of the valve lowering stroke, a damping member, such as a Belleville washer 23 for example, is interposed between the sleeve 20 and the end of the axis 19.
  • a damping member such as a Belleville washer 23 for example
  • chamber 1 The interior of chamber 1 is accessible via a side inspection hatch 24.
  • the interior of the bell 4 is accessible via a manhole 25.
  • the water inlet duct 2 consists of two superposed half-ducts 2a, 2b and provided with lateral flanges 26 for fixing the half-ducts and for fixing the ram with two legs or lateral anchor plates 27, themselves anchored in a concrete block 28 or in any appropriate fixing structure of the ram.
  • the conduit 2 widens slightly in section in the direction of the chamber 1.
  • the flow of water in the vicinity of the shutter member 15 causes the speed to accelerate, closing the valve (low position shown in Figure 1).
  • the shutter member 15 returns to the upper position under the action of the spring 22 which immediately creates a new leak at the valve and the cycle begins again.
  • the flow yield is further improved by the shape of the inlet duct 2 and by that of the rejection duct 3 in a venturi.
  • the filtering grid 14 is particularly efficient and reliable because it self-cleans automatically by the intermittent scanning provided by the water following the opening of the valve 15, this grid having its lower face in the extension of the upper generator of conduit 2.
  • the invention is obviously not limited to the embodiment shown and described above but on the contrary covers all the variants thereof, in particular as regards the shapes, dimensions and arrangement of the valve members constituted by the balls 6 which can be replaced by any body likely to act as a valve under the same conditions.
  • the means (partitions 10, 11) for containing each ball 6 or valve member or the like can also be replaced by other means fulfilling the same function of retaining the balls while allowing easy passage of the water in a position remote from the valves opposite their seat.

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Description

  • La présente invention a trait à un bélier hydraulique perfectionné.
  • Les béliers hydrauliques sont connus depuis fort longtemps. Ce sont des dispositifs élévateurs d'eau utilisant le choc dans une conduite brusquement fermée (coup de bélier) pour forcer une partie de la masse liquide à remonter à une altitude supérieure à la hauteur de chute.
  • Ces dispositifs, cependant, se caractérisent jusqu'à présent par un rendement faible au niveau du débit d'eau élevée.
  • Par le document US-A-1 364 617, on connaît un système de vérin hydraulique utilisant le principe du bélier et comportant, notamment, une cloche munie d'un système de soupapes à boule. Toutefois, ce système, ne comporte pas de chambre avec un conduit de fuite à clapet et ladite cloche est alimentée par des quantités d'eau qui sont déversées dans la canalisation d'eau par un système à bascule en partie supérieure de ladite canalisation, si bien qu'un tel système est tout à fait incapable de remonter de l'eau au dessus du niveau de départ.
  • Par ailleurs, on connaît également par le document US-A-2 424 108 un bélier hydraulique, mais qui n'est pas conçu pour élever de l'eau, mais pour créer des hautes pressions hydrauliques à fréquence élevée, utilisables par exemple dans le domaine du forage pétrolier ou de la prospection géophysique.
  • Le but de l'invention est de perfectionner les béliers hydrauliques élévateurs d'eau en améliorant notamment le rendement.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un bélier hydraulique du type comprenant une chambre, un conduit d'arrivée d'eau, un conduit de fuite muni d'un clapet et une cloche communiquant avec ladite chambre par l'intermédiaire d'un système de soupape constitué par une pluralité de clapets individuels en parallèle, du type à boule, susceptibles d'obturer chacun un orifice de passage, ladite cloche étant munie d'une sortie de refoulement d'eau, caractérisé en ce que les boules de clapet sont contenues en regard chacune d'un siège ménagé dans une paroi séparant ladite chambre de ladite cloche, par l'intermédiaire de cloisons séparatrices et d'une plaque de fond ajourée et en ce que le conduit de fuite est disposé verticalement, sous la chambre du bélier et le clapet de celle-ci présente un axe vertical s'étendant dans la chambre et monté coulissant dans un palier fixe en étant rappelé constamment et élastiquement en position haute d'ouverture du clapet, cependant que ledit clapet comporte en outre un organe amortisseur de fin de course de descente.
  • Suivant une autre caractéristique du dispositif de l'invention, le conduit de fuite est disposé verticalement, sous la chambre du bélier et le clapet de celle-ci présente un axe vertical s'étendant dans la chambre et monté coulissant dans un palier fixe en étant rappelé constamment et élastiquement en position haute d'ouverture du clapet, cependant que ledit clapet comporte en outre un organe amortisseur de fin de course de descente.
  • Avantageusement ledit clapet est disposé dans un conduit en forme de venturi, légèrement en amont de la section la plus réduite, une rondelle de caoutchouc étant prévue au droit du contact entre le clapet et son siège.
  • Suivant encore une autre caractéristique, une grille filtrante est interposée entre la chambre du bélier et la cloche de manière à tangenter le conduit d'arrivée d'eau.
  • Enfin, avantageusement le conduit d'arrivée d'eau comporte une section qui va en s'élargissant en direction de la chambre du bélier et est formé de deux demi-conduits munis de brides latérales de fixation superposés dans le plan de joint des demi-conduits, lesdites brides étant solidaires de pattes d'ancrage du bélier dans une structure de fixation appropriée.
  • D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lequels :
    • Figure 1 est une vue en coupe axiale verticale d'un bélier conforme à l'invention, et
    • Figure 2 est une vue de dessus suivant la ligne II-II du dispositif de la figure 1.
  • Le bélier représenté sur les dessins comprend une chambre cylindrique 1 d'axe vertical, munie d'un conduit 2 d'arrivée d'eau horizontal, d'un conduit de fuite 3 vertical disposé en dessous de la chambre 1 et d'une cloche cylindrique 4 disposée au-dessus de la chambre 1 et munie d'un raccord 5 de refoulement d'eau.
  • Conformément à l'invention, à la jonction entre la chambre 1 et la cloche 4 est disposé un système de soupape constitué d'une pluralité de clapets en forme de boules 6 disposées en parallèle chacune en regard d'un orifice circulaire 7 qu'elle est susceptible d'obturer. Les orifices ou sièges 7 sont ménagés dans une plaque 8 relativement épaisse fixée dans le plan de joint de la cloche 4 et de la chambre 1.
  • Les boules 6 sont disposées du côté de la plaque 8 opposé à la chambre 1. Chaque boule a un certain degré de liberté de façon à pouvoir obturer son siège ou au contraire s'éloigner de celui-ci suffisamment pour laisser passer un certain débit d'eau.
  • A cet effet, chaque boule 6 est confinée dans un espace 9 délimité par des cloisons séparatrices 10 et une plaque arrière 11 ajourée et par exemple percée d'une multitude de trous (non représentés). Afin d'améliorer le passage de l'eau au droit des orifices de la plaque 8, les sections de passage 12 dans cette dernière sont en forme de venturi, le siège proprement dit 13 de chaque boule 6 étant en forme approximative de tronc de cône. A titre d'exemple on peut prévoir une cinquantaine de boules 6 de diamètre de l'ordre de 70 mm.
  • Les boules 6 sont avantageusement en caoutchouc ou analogue afin de limiter les bruits des chocs contre les parois et plaque 8, 10, 11.
  • Dans la chambre 1, au voisinage de la plaque 8, est disposée une grille 14 de séparation entre la chambre 1 et la choche 4 destinée à filtrer l'eau, cette grille 14 étant agencée dans le prolongement du conduit 2 qu'elle tangente sensiblement au niveau de la génératrice supérieure.
  • Dans la chambre 1 est agencée un clapet d'axe vertical coaxial au conduit de fuite 3. Ce clapet comporte un organe d'obturation 15 de forme générale tronconique, susceptible de prendre appui contre un siège annulaire 16 porté par le conduit 3. Plus précisément, ce conduit a une forme générale de venturi avec une section de diamètre minimal immédiatement en aval dudit siège 16.
  • Afin de réduire le bruit des chocs de l'organe 15 sur son siège 16, une bague 17 en caoutchouc ou analogue est rapportée sur l'organe 15 au droit de la zone de contact. On pourrait bien entendu inverser l'agencement en rapportant la bague 17 sur le siège 16. La partie 18 du conduit 3 qui va en s'élargissant forme un diffuseur.
  • L'organe d'obturation 15 est fixé à l'extrémité d'un axe vertical 19 monté coulissant dans un manchon 20 fixé par des bras 21 à la paroi de la chambre du bélier.
  • L'organe 15 est rappelé constamment en position haute, à distance du siège 16, par un ressort 22, cependant qu'en fin de course de descente du clapet un organe amortisseur, tel qu'une rondelle Belleville 23 par exemple, est interposé entre le manchon 20 et l'extrémité de l'axe 19.
  • L'intérieur de la chambre 1 est accessible par l'intermédiaire d'une trappe de visite latérale 24.
  • L'intérieur de la cloche 4 est accessible par l'intermédiaire d'un regard 25.
  • Enfin, toujours conformément à l'invention, le conduit d'arrivée d'eau 2 est constitué de deux demi-conduits 2a, 2b superposés et munis de brides latérales 26 de fixation des demi-conduits et de fixation du bélier à deux pattes ou plaques d'ancrage latérales 27, elles-mêmes ancrées dans un massif de béton 28 ou dans toute structure de fixation appropriée du bélier.
  • Le conduit 2 va en s'élargissant légèrement en section en direction de la chambre 1.
  • Le fonctionnement de ce bélier est conforme au principe général bien connu du bélier.
  • En supposant le clapet 15 en position haute d'ouverture (position de repos), l'eau arrive en 29 par le conduit 2, traverse la chambre 1 et s'échappe par le clapet ouvert, en s'écoulant à l'air libre (flèche 30) via le diffuseur 18.
  • L'écoulement de l'eau au voisinage de l'organe d'obturation 15 entraîne, la vitesse s'accélérant, la fermeture du clapet (position basse représentée sur la figure 1).
  • L'énergie cinétique de la masse d'eau brusquement freinée en amont du clapet se transforme en pression instantanée très élevée (coup de bélier) qui force l'eau dans la chambre 1 à surmonter la pression exercée sur les boules 6 qui se trouvent alors en contact avec leur siège 13, et à passer dans la cloche 4 en écartant les boules de leur siège jusqu'à ce que les pressions s'équilibrent de part et d'autre de la plaque 8.
  • Les boules 6 reviennent alors en position d'obturation des sièges 13.
  • Par ailleurs, la pression dans la chambre 1 ayant diminué, l'organe l'obturation 15 revient en positon haute sous l'action du ressort 22 ce qui créé aussitôt une nouvelle fuite au droit du clapet et le cycle recommence.
  • A chaque soulèvement des boules 6 au-dessus de leur siège une certaine quantité d'eau est poussée (flèche 31), au travers du conduit de refoulement 5.
  • Les bruits du battement du clapet en particulier à la fermeture sont absorbés de manière substantielle par la bague 17 et par la rondelle Belleville 23.
  • Du fait de la prévision du nombre important de boules clapets 6 en parallèle, on peut faire passer en un laps de temps très court, à chaque fermeture du clapet 15, une quantité d'eau très nettement supérieure à celle qui passe dans une soupape ordinaire d'un bélier hydraulique classique.
  • Le rendement en débit est encore amélioré par la conformation du conduit d'arrivée 2 et par celle en venturi du conduit de rejet 3.
  • Par ailleurs, la grille filtrante 14 est particulièrement efficace et fiable du fait qu'elle s'auto-nettoie automatiquement par le balayage intermittent procuré par l'eau à la suite de l'ouverture du clapet 15, cette grille ayant sa face inférieure dans le prolongement de la génératrice supérieure du conduit 2.
  • Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les formes, dimensions et agencement des organes de clapet constitués par les boules 6 qui peuvent être remplacées par tout organe susceptible de faire office de clapet dans les mêmes conditions. Les moyens (cloisons 10,11) pour contenir chaque boule 6 ou organe de clapet ou analogue peuvent être également remplacés par d'autres moyens remplissant la même fonction de retenue des boules tout en permettant le passage aisé de l'eau en position éloignée des clapets vis à vis de leur siège.

Claims (4)

  1. Bélier hydraulique du type comprenant une chambre (1), un conduit (2) d'arrivée d'eau, un conduit de fuite (3) muni d'un clapet (15) et une cloche (4) communiquant avec ladite chambre (1) par l'intermédiaire d'un système de soupape constitué par une pluralité de clapets individuels (6) en parallèle, du type à boule, susceptibles d'obturer chacun un orifice de passage (7), ladite cloche étant munie d'une sortie (5) de refoulement d'eau, caractérisé en ce que les boules de clapet (6) sont contenues en regard chacune d'un siège (13) ménagé dans une paroi (8) séparant ladite chambre (1) de ladite cloche (4), par l'intermédiaire de cloisons séparatrices (10) et d'une plaque de fond (11) ajourée et en ce que le conduit de fuite (3) est disposé verticalement, sous la chambre (1) du bélier et le clapet (15) de celle-ci présente un axe vertical (19) s'étendant dans la chambre et monté coulissant dans un palier fixe (20) en étant rappelé constamment et élastiquement en position haute d'ouverture du clapet, cependant que ledit clapet (15) comporte en outre un organe (23) amortisseur de fin de course de descente.
  2. Bélier hydraulique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit clapet (15) est disposé dans un conduit (3) en forme de venturi, légèrement en amont de la section la plus réduite, une bague de caoutchouc (17) étant prévue au droit du contact entre le clapet (15) et son siège (16).
  3. Bélier hydraulique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une grille filtrante (14) est interposée entre la chambre du bélier (1) et la cloche (4) de manière à tangenter le conduit d'arrivée d'eau (2).
  4. Bélier hydraulique suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit d'arrivée d'eau (2) comporte une section qui va en s'élargissant en direction de la chambre du bélier (1) et est formé de deux demi-conduits (2a, 2b) munis de brides latérales de fixation (26) superposées dans le plan de joint des demi-conduits, lesdites brides étant solidaires de pattes (27) d'ancrage du bélier dans une structure de fixation appropriée (28).
EP90906251A 1989-04-03 1990-04-03 Belier hydraulique Expired - Lifetime EP0417262B1 (fr)

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FR8904492 1989-04-03
FR8904492A FR2645214B1 (fr) 1989-04-03 1989-04-03 Belier hydraulique
PCT/FR1990/000231 WO1990012211A1 (fr) 1989-04-03 1990-04-03 Belier hydraulique

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EP0417262A1 EP0417262A1 (fr) 1991-03-20
EP0417262B1 true EP0417262B1 (fr) 1994-07-27

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EP (1) EP0417262B1 (fr)
AT (1) ATE109249T1 (fr)
CA (1) CA2030549A1 (fr)
DE (1) DE69011019D1 (fr)
FR (1) FR2645214B1 (fr)
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