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CA 02888248 2015-04-14
Pompe à cavités progressantes
L'invention concerne une pompe à cavités progressantes.
La présente invention se situe dans le domaine des pompes de type Moineau,
également
appelées pompes à cavités progressantes. Elle concerne plus particulièrement
les pompes
à cavités progressantes ayant un stator formé à partir d'un tube profilé en
métal. Ces
pompes à cavités progressantes, communément appelées pompes métalliques,
généralement employées lorsqu'un stator en élastomère ne peut pas résister à
l'environnement thermique ou chimique particulier de certains puits
(producteur
d'hydrocarbures ou d'eau par exemple). Une telle pompe à cavités progressantes
est, par
exemple, décrite dans la demande de brevet FR 2 826 407 au nom de la
demanderesse.
Une telle pompe à cavités progressantes peut être utilisée pour pomper un
fluide ou
comme moteur en utilisant le déplacement d'un fluide pour entraîner un arbre
en rotation.
Le rendement et l'usure de ces pompes à cavités progressantes résultent du jeu
ou du
serrage entre le rotor et le stator. En effet, un jeu trop important provoque
des fuites
internes qui diminuent le rendement volumétrique de la pompe. En revanche un
serrage
trop important fait chuter le rendement mécanique et provoque l'usure
prématurée des
pièces, voire une rupture mécanique. Le jeu entre le rotor et le stator est
difficilement
maîtrisable en raison des tolérances de fabrication des pièces constitutives
de la pompe.
Ce jeu peut, en outre, varier au cours de la vie de la pompe et en fonction
des contraintes
auxquelles la pompe est soumise. De plus, ce jeu varie le long de l'axe
longitudinal de la
pompe. En effet, la pression à l'intérieur du tube profilé augmente de cavité
en cavité
entre l'ouverture d'aspiration et l'ouverture de refoulement de la pompe.
Cette pression
dans les cavités tend à élargir le tube profilé. En conséquence, le serrage
entre le rotor et
le stator n'est plus maîtrisé.
Le but de la présente invention est de proposer une pompe à cavités
progressantes dans
laquelle il est possible de resserrer le jeu entre le stator et le rotor,
lorsque ce jeu est trop
important.
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A cet effet, l'invention a pour objet une pompe à cavités progressantes propre
à déplacer
un fluide, ladite pompe à cavités progressantes comportant :
- une armature comprenant une ouverture d'aspiration et une ouverture de
refoulement ;
- un stator comprenant un tube profilé de forme hélicoïdale, ledit stator
étant fixé
à l'intérieur de ladite armature, un logement étant délimité entre l'armature
et le stator ;
- un rotor hélicoïdal agencé dans ledit stator, ledit rotor étant entrainé
en rotation
pour déplacer ledit fluide de l'ouverture d'aspiration vers l'ouverture de
refoulement ;
caractérisée en ce que la pompe à cavités progressantes comprend :
- au moins un orifice d'entrée débouchant dans le logement et sur l'ouverture
de
refoulement et au moins un orifice de sortie débouchant dans le logement et
sur
l'ouverture d'aspiration, une partie dudit fluide étant propre à pénétrer dans
ledit
logement par l'orifice d'entrée, à passer au travers dudit logement et à
s'écouler à
l'extérieur du logement par l'orifice de sortie ;
- un matériau d'obstruction solide et perméable ; ledit matériau d'obstruction
remplissant
ledit logement ; ladite partie de fluide étant propre à passer au travers du
matériau
d'obstruction..
Avantageusement, ce mode de réalisation permet d'obtenir une pression dans le
logement
qui, en étant appliquée sur la face externe du tube profilé, tend à resserrer
le jeu entre le
stator et le rotor lorsque celui-ci est trop important, tout en maitrisant
cette pression pour
rester dans la limite élastique du matériau et donc de l'endurance de la
pompe.
Avantageusement, le matériau d'obstruction adapté en dimension obstrue en
partie le
passage du débit de fuite et génère ainsi un gradient de pression maîtrisé sur
la face
extérieure du stator, dit champ de pression externe qui s'oppose au champ de
pression
exercé par le fluide à pomper sur la face intérieure du stator, dit champ de
pression
interne. Avantageusement, le champ de pression externe est une fonction
monotone
comprise entre la pression d'aspiration et de la pression de refoulement tout
comme la
pression interne de sorte que le champ de pression externe s'adapte
automatiquement ¨
c'est-à-dire sans intervention extérieure mécanique ou humaine ¨ au champ de
pression
interne quelle que soit la pression au niveau de l'ouverture d'aspiration.
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3
Suivant des modes particuliers de réalisation, la pompe à cavités
progressantes comporte
les caractéristiques des revendications dépendantes :
- le matériau d'obstruction comprend un matériau granulaire comprenant des
grains
répartis de façon homogène dans ledit logement.
Avantageusement, lorsque le matériau d'obstruction est homogène, le champ de
pression
externe est sensiblement équilibré au niveau de chaque section de l'armature
tout le long
de l'axe longitudinal de la pompe par rapport au champ de pression interne,
supposé
linéaire entre la pression d'aspiration et la pression de refoulement. Les
contraintes
mécaniques imputables à la différence de pression entre l'intérieur et
l'extérieur du tube
profilé sont amoindries, ce qui permet d'augmenter la tenue du matériau en
fatigue. En
conséquence, les déformations du stator dues à cette différence de pression
sont
compensées, voire annulées. Ainsi, le tube profilé est moins soumis à la
fatigue.
Avantageusement, ce mode de réalisation permet d'amortir les oscillations
causées par le
mouvement de rotation excentrique du rotor inhérent au fonctionnement des
pompes à
cavités progressantes. En effet, les oscillations latérales du tube profilé
sont transmises à
l'armature via le matériau granulaire. Celui-ci apportera, d'une part, de
l'inertie à la
pompe, ce qui contribuera à limiter l'amplitude des mouvements, mais également
un
amortissement, du fait du frottement entre les granules soumis aux
oscillations de la
pompe.
- Le
matériau d'obstruction est un matériau granulaire comprenant des grains dont
au moins une caractéristique varie le long de la pompe à cavités
progressantes,
ladite au moins une caractéristique étant choisie parmi la forme des grains,
la
granulométrie des grains, la rugosité des grains et le matériau constituant
les
grains.
Avantageusement, ce mode de réalisation permet de faire varier la perméabilité
du
matériau et par conséquent le gradient de pression dans le logement pour créer
un
déséquilibre maîtrisé entre le champ de pression interne et le champ de
pression externe.
Ce déséquilibre de pression permet de resserrer ou d'élargir localement le
profil du stator
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dans la limite de l'élasticité du matériau, ce qui est intéressant dans le cas
où le jeu ou le
serrage entre le rotor et le stator n'est pas uniforme suivant l'axe
longitudinal de la
pompe.
- La pompe
comporte au moins un dispositif filtrant disposé adjacent à l'ouverture
d'aspiration et l'ouverture de refoulement.
Avantageusement, le dispositif filtrant est propre à laisser passer le débit
de fuite tout en
retenant les grains du matériau d'obstruction.
- Le logement comporte au moins une bride intermédiaire pourvue d'au moins
un
trou traversé par le fluide à contre-courant.
Le passage du fluide à travers ces trous provoque, avantageusement, une perte
de charge
singulière permettant d'obtenir la répartition du gradient de pression
souhaitée le long du
logement.
- Le matériau d'obstruction comprend un matériau fibreux.
Avantageusement, ce mode de réalisation permet de remplir entièrement l'espace
compris entre le tube profilé et l'armature grâce à l'élasticité des matériaux
fibreux et
cela quelle que soit la position - à l'horizontale ou à la verticale - dans
laquelle la pompe
est utilisée.
- Le matériau fibreux comprend des fibres parmi des fibres de verre, des
fibres
minérales, des fibres métalliques et des fibres polyamides.
- Le matériau fibreux est appliqué par flocage de couches successives.
Avantageusement, ce mode de réalisation permet de remplir le logement
efficacement
compte tenu de la forme complexe du tube profilé hélicoïdal.
- Le matériau d'obstruction comprend un aggloméré poreux obtenu par
frittage, par
moulage, par injection de mousse ou par assemblage de structures réticulées.
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- Le logement comprend un matériau d'obstruction solide comprenant un ou
plusieurs passages, le ou lesdits passages présentant des chicanes.
- L'armature présente une face interne de forme hélicoïdale, ladite face
interne de
5
l'armature étant séparée du stator par une distance sensiblement constante,
ladite
distance (D) est comprise entre 0.05 et 10 millimètres.
- Le stator présente une face externe disposée en regard de la face interne
de
l'armature et dans laquelle la surface d'au moins une face parmi la face
interne de
l'armature et la face externe du stator est rugueuse ; ladite rugosité ayant
une
profondeur moyenne égale au minimum à 3% de la distance (D) séparant la face
interne de l'armature de la face externe du stator.
- Le matériau d'obstruction comprend au moins un fil enroulé autour du
stator.
Avantageusement, ce mode de réalisation permet de limiter le débit de la
partie de fluide
à contre-courant, même lorsque l'écart entre le stator et l'armature a une
dimension
supérieure à lmm ou lorsque ledit fluide a une faible viscosité.
Le matériau d'obstruction comprend une manche en textile enfilé sur le stator.
L'invention concerne également une pompe à cavités progressantes propre à être
entraîner en rotation par un fluide, ladite pompe à cavités progressantes
comportant :
- une armature comprenant une ouverture d'aspiration et une ouverture de
refoulement ;
- un stator comprenant un tube profilé de forme hélicoïdale, ledit stator
étant fixé
à l'intérieur de ladite armature, un logement étant délimité entre l'armature
et le stator;
- un rotor hélicoïdal agencé dans ledit stator, ledit rotor étant entrainé
en rotation
par ledit fluide ;
caractérisée en ce que la pompe à cavités progressantes comprend :
- au moins un orifice d'entrée débouchant dans le logement et sur
l'ouverture
d'aspiration et au moins un orifice de sortie débouchant dans le logement et
sur
l'ouverture de refoulement, une partie dudit fluide étant propre à pénétrer
dans ledit
logement par l'orifice d'entrée, à passer au travers dudit logement et à
s'écouler à
l'extérieur du logement par l'orifice de sortie ;
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- un matériau d'obstruction solide et perméable ; ledit matériau d'obstruction
remplissant
ledit logement ; ladite partie de fluide étant propre à passer au travers du
matériau
d'obstruction.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre,
donnée
uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures sur
lesquelles :
- la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'une
pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe
contenant l'axe longitudinal de la pompe ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'une extrémité de la pompe à cavités
progressantes illustrée sur la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe d'une variante du premier mode de
réalisation d'une pompe à cavités progressantes selon la présente invention,
le plan de coupe contenant l'axe longitudinal de la pompe ;
- la figure 4 est un graphe représentant la répartition de la pression exercée
sur
le stator le long de l'axe longitudinal de la pompe cavités à progressantes
illustrée sur la figure 3 ;
- la figure 5 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'une
pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe
contenant l'axe longitudinal de la pompe;
- la figure 6 est un graphe représentant des exemples de répartition de la
pression exercée sur le stator le long de l'axe longitudinal de la pompe
cavités à progressantes illustrée sur la figure 5 ;
- la figure 7 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation d'une
pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe
contenant l'axe longitudinal de la pompe ;
- la figure 8 est un graphe représentant la répartition de la pression exercée
sur
le stator le long de l'axe longitudinal de la pompe à cavités progressantes
illustrée sur la figure 7 ;
- la figure 9 est une vue en perspective partiellement arrachée d'un quatrième
mode de réalisation d'une pompe à cavités progressantes selon la présente
invention, le rotor n'étant pas représenté sur cette vue;
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7
- la figure 10 est une vue en perspective d'un cinquième mode de réalisation
d'une pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le rotor
n'étant pas représentés sur cette vue ;
- la figure 11 est une vue en coupe d'un sixième mode de réalisation d'une
pompe à cavités progressantes selon la présente invention, le plan de coupe
contenant l'axe longitudinal de la pompe ; et
- la figure 12 est une vue en coupe de la pompe à cavités progressantes
illustrée sur la figure 11, le plan de coupe étant perpendiculaire à l'axe
longitudinal de la pompe.
La pompe à cavités progressives selon l'invention peut être utilisée soit pour
pomper un
fluide soit comme moteur en utilisant le déplacement d'un fluide pour
entraîner un arbre
en rotation. Dans la description détaillée ci-dessous, seul le fonctionnement
de la pompe
utilisée comme organe de pompage a été décrit de manière détaillée. Le
fonctionnement
de cette pompe à cavités progressantes selon l'invention utilisée en tant que
moteur est
similaire au fonctionnement de la pompe utilisée comme organe de pompage à
ceci près
qu'en fonctionnement turbine ou moteur, la partie de fluide 40 qui circule
entre le stator
et l'armature ne va pas à contre-courant, mais dans le même sens que le flux
principal.
En référence aux figures 1 et 2, la pompe à cavités progressantes 2 selon le
premier mode
de réalisation de l'invention comporte une armature 4, un stator 6 rendu
solidaire de
l'armature 4 et un rotor 8 logé à l'intérieur du stator 6 de manière à ménager
une
succession de cavités 10 entre le stator 6 et le rotor 8.
I,e rotor 8 est destiné à être entraîné en rotation par un arbre
d'entraînement non
représenté.
L'armature 4 présente une forme cylindrique à base circulaire d'axe
longitudinal A-A.
L'armature 4 est creuse et possède une face interne 19 et une face externe 21.
Elle
présente une ouverture d'aspiration 12 à une extrémité 14 de la pompe 2 et une
ouverture
de refoulement 16 à l'extrémité opposée 18 de la pompe 2. Elle est
généralement réalisée
en métal.
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8
Le stator 6 est réalisé à partir d'un tube profilé de forme hélicoïdale. Il
présente une face
interne 20 en regard du rotor 8 et une face externe 22 en regard de l'armature
4. 11 est
généralement réalisé en métal.
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, la face intérieure 19 de
l'armature est
solidarisée à la face externe 22 du stator, à l'extrémité 14 de la pompe, par
l'intermédiaire d'une bride d'aspiration 24 et, à l'autre extrémité 16 de la
pompe, par une
bride de refoulement 26.
Un logement 28 est délimité entre l'armature 4 et le stator 6. Selon le
premier mode de
réalisation de l'invention, le logement 28 est vide. Il ne comprend aucun
matériau
d'obstruction.
La bride d'aspiration 24 et la bride de refoulement 26 sont percées. Elles
comprennent
deux orifices d'entrée traversants 30, 32 débouchant sur le logement 28 et
l'ouverture de
refoulement 16, et deux orifices de sortie traversants 34, 36 débouchant sur
le logement
28 et l'ouverture d'aspiration 12.
La dimension des orifices d'entrée et de sortie 30, 32, 34, 36 pratiqués au
travers de la
bride d'aspiration 24 et de la bride de refoulement 26 est définie en fonction
de la
pression que l'on souhaite appliquée sur la face externe 22 du stator. En
effet, si la
dimension des orifices d'entrée est plus grande que celle des orifices de
sortie, alors la
pression exercée sur la face externe du stator sera plus proche de la pression
de
refoulement que de la pression d'aspiration, et réciproquement.
En variante, le stator 6 est réalisé à partir d'un matériau composite.
En variante, le stator 6 présente une collerette à chacune de ses extrémités.
Cette
collerette est directement fixée à la face interne 19 de l'armature.
En variante, la bride d'aspiration 24 et la bride de refoulement 26 ne
comportent chacune
qu'un seul orifice d'entrée et respectivement un seul orifice de sortie ou un
nombre
d'orifices d'entrée et d'orifices de sortie supérieur à deux. Dans ce dernier
cas, les
orifices traversant sont répartis de manière égale en face de chaque lobe du
profil.
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9
En fonctionnement, lorsque le rotor 8 est entrainé en rotation, le fluide à
pomper 38 est
déplacé d'une cavité 10 à l'autre, selon la direction de l'axe longitudinal A-
A de la
pompe 2 dans un sens F, de l'ouverture d'aspiration 12 vers l'ouverture de
refoulement
16. Une partie du fluide à pomper 40 qui a été déplacée jusqu'à l'ouverture de
refoulement 16, pénètre dans le logement 28 par les orifices d'entrée 30, 32.
Cette partie
de fluide 40 traverse le logement 28 et le quitte par les orifices de sortie
34, 36. Cette
partie de fluide à contre-courant 40 exerce une pression P sur la face externe
22 du stator.
Cette pression P est dirigée vers l'intérieur du stator.
Cette partie de fluide à contre-courant 40 se déplace selon la direction de
l'axe
longitudinal A-A de la pompe dans un sens CC opposé au sens F. Le débit de
cette partie
de fluide à contre-courant 40 représente une perte de rendement volumétrique
global de
la pompe à cavités progressantes. La taille des orifices d'entrée 30, 32, et
la taille des
orifices de sortie 34, 36 et le nombre des orifices d'entrée et d'orifices de
sortie sont
choisis en fonction d'un compromis entre le profil de pression P que l'on
souhaite
appliquée au stator pour influer sur le jeu entre le stator 6 et le rotor 8 et
un débit de fuite
qui n'impacte pas trop le rendement volumétrique de la pompe 2.
Comme le montre la courbe 42 sur la figure 6, à chaque section transversale de
la pompe
2, la pression P exercée par la partie de fluide à contre- courant 40 est
comprise entre la
pression mesurée au niveau de l'ouverture de refoulement 16, dite pression de
refoulement Pr, et la pression mesurée au niveau de l'ouverture d'aspiration
12, dite
pression d'aspiration Pa. La variation de pression entre l'ouverture
d'aspiration 12 et
l'ouverture de refoulement 16 comprend une perte de charge singulière 44 au
niveau de
la bride d'aspiration 24 et de la bride de refoulement 26 et une perte de
charge linéaire
entre ceux-ci.
Dans le cas d'une pompe à cavités progressantes fonctionnant comme une
turbine, c'est
la différence de pression du fluide 38 entre l'entrée et le refoulement de la
pompe qui,
d'une part, fait circuler ce fluide depuis le côté de la haute pression vers
le côté de la
basse pression, et qui, d'autre part ,met en mouvement le rotor. La partie de
fluide 40 qui
circule entre le stator 6 et l'armature 4 se déplace également dans le sens
allant de la
haute pression vers la basse pression, par conséquent dans le même sens que le
fluide 38
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et non pas à contre-courant. Le gradient de pression dans le logement 28 va
toujours dans
le même sens que le gradient de pression à l'intérieur du stator 6.
La pompe à cavités progressantes 48 selon la variante du premier mode de
réalisation est
5 représentée sur la figure 3. Les éléments techniques de la pompe à
cavités progressantes
48 selon cette variante identiques ou similaires aux éléments techniques de la
pompe à
cavités progressantes 2 selon le premier mode de réalisation ont été
référencés par les
mêmes références numériques et ne seront pas décrits une seconde fois.
10 La pompe à cavités progressantes 48 selon la variante du premier mode de
réalisation est
identique à la pompe à cavités progressantes 2 selon le premier mode de
réalisation de
l'invention à l'exception du fait que le logement 28 est rempli d'un matériau
d'obstruction solide et perméable qui a pour fonction de diminuer
progressivement la
pression du fluide à contre-courant 40 le long de l'axe longitudinal A-A de la
pompe 2, et
du fait que la bride d'aspiration 24 et la bride de refoulement 26 sont
équipées de
dispositifs filtrants 50.
Selon cette variante, le matériau d'obstruction perméable est un matériau
granulaire 52.
Ce matériau granulaire 52 est constitué de particules solides distinctes. En
particulier, ce
matériau granulaire 52 est constitué par des grains dont les caractéristiques
de forme et
de taille, sont réparties statistiquement uniformément pour obtenir une
perméabilité
uniforme. Le choix de la granulométrie des grains résulte d'un compromis entre
des
grains suffisamment petits pour constituer un matériau de faible perméabilité
et
suffisamment gros pour être maintenus dans le logement 28 de manière efficace
grâce
aux dispositifs filtrants 50.
Le matériau granulaire 52 est, par exemple, constitué par des agents de
soutènement
couramment employés en fracturation hydraulique, du gravier de filtration, du
sable
tamisé, des microbilles, des rondelles ou des perles réalisées en verre, en
céramique ou en
métal telles que par exemple les microbilles utilisées pour les traitements de
surfaces.
Certaines applications permettront d'employer des grains de sable enrobés de
résine, ou
des granules minérales expansées comme la perlite ou la vermiculite.
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11
Le débit du fluide à contre-courant 40 dans le matériau granulaire 52 est
fonction de la
perméabilité du matériau granulaire 52, de la viscosité dynamique du fluide à
pomper et
de la différence de pression entre la pression de refoulement Pr et la
pression d'aspiration
Pa suivant la loi de Darcy :
Sous l'effet d'une différence de pression .4P (en Pa) un fluide de viscosité
dynamique JI
traverse un matériau perméable de longueur 4x de section orthogonale S et de
perméabilité k avec un débit Q.
k
Q = ¨ s-
.0 ilx
Dans laquelle : - Q est le débit du fluide à contre-courant 40 (en m3/s);
- k est la perméabilité du matériau granulaire 52 (en m2),
- la est la viscosité dynamique du fluide à contre-courant 40 (en kg/m/s)
- S est la surface de la section transversale du logement 28 (en m2) ;
- Ax est la longueur du logement 28 (en m),
- AP est la différence de pression entre la pression de refoulement Pr et
la
pression d'aspiration Pa (en Pa).
Les dispositifs filtrants 50 permettent de retenir les grains du matériau
granulaire 52 à
l'intérieur du logement 28. Les dispositifs filtrants 50 comprennent, par
exemple, un
clapet anti-retour, un tamis dont les mailles présentent une dimension
inférieure à la
dimension des grains du matériau granulaire 52.
Le fonctionnement de la pompe à cavités progressantes selon la variante du
premier
mode de réalisation de l'invention est identique au fonctionnement de la pompe
à cavités
progressantes selon le premier mode de réalisation de l'invention.
En référence à la figure 4, la courbe 54, représentative de la variation de la
pression le
long de l'axe longitudinal A-A de la pompe, présente elle aussi deux pertes de
charge
singulières 44 provenant de la bride d'aspiration 24, de la bride de
refoulement 26 et des
dispositifs filtrants 50, et une perte de charge linéaire 46 résultant du
passage du fluide à
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contre-courant 40 au travers du matériau granulaire 52. La courbe 46
représentative de la
perte de charge linéaire présente un coefficient directeur supérieur au
coefficient
directeur de la courbe 42 représentative de la perte de charge de la pompe à
cavités
progressantes selon le premier mode de réalisation de l'invention.
Avantageusement, la courbe 54 de variation de la pression P le long de l'axe
longitudinal
A-A de la pompe générée par le matériau granulaire 52 est proche de la courbe
56
représentative de la variation de pression P résultant de la pression exercée
par le fluide à
pomper 38 sur la face interne 20 du stator. Ainsi, la pression P exercée par
la partie de
fluide à contre-courant 40 s'équilibre sensiblement à chaque section
transversale de la
pompe avec la pression exercée par le fluide à pomper 38 sur la face interne
20 du stator.
En conséquence, les contraintes radiales exercées sur le stator dues à la
différence de
pression entre l'intérieur et l'extérieur de celui-ci sont relaxées.
Avantageusement, les
déformations du stator 6 liées à cette différence de pression sont compensées,
voire
annulées. Le matériau du stator 6 est moins soumis à la fatigue.
Avantageusement, ce mode de réalisation permet dans une certaine mesure
d'amortir les
oscillations causées par le mouvement de rotation excentrique du rotor 8
inhérent au
fonctionnement de la pompe 48. Le matériau granulaire 52 apporte de l'inertie
à la
pompe 48, ce qui contribue à limiter l'amplitude des mouvements d'oscillation
et à
amortir ces mouvements en raison du frottement entre les grains soumis aux
oscillations
de l'ensemble car les oscillations latérales du stator 6 sont transmises à
l'armature 4 via
le matériau granulaire 52. Ceci contribue à réduire l'amplitude et à changer
la fréquence
des vibrations générées par la pompe et transmises aux équipements connectés à
la
pompe.
La pompe à cavités progressantes 58 selon le second mode de réalisation est
identique à
la pompe à cavités progressantes 48 selon la variante du premier mode de
réalisation de
l'invention à l'exception du fait que la perméabilité du matériau
d'obstruction varie selon
la direction de l'axe longitudinal A-A de la pompe.
A cet effet, le matériau d'obstruction comprend des grains non identiques ou
similaires
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c'est-à dire des grains dont au moins une caractéristique varie selon la
direction de l'axe
longitudinal A-A de la pompe.
En particulier, selon le mode de réalisation représenté, la taille des grains
du matériau
granulaire 52 varie selon la direction de l'axe longitudinal A-A de la pompe.
Des grains
de grande taille 60, des grains de moyenne taille 62, des grains de petite
taille 64 et enfin
des grains de grande taille 60 remplissent le logement 28 sur des sections
successives de
l'armature située entre l'ouverture d'aspiration 12 et l'ouverture de
refoulement 16.
Tout comme pour le premier mode de réalisation de l'invention et pour sa
variante
illustrée sur la figure 3, la variation de la pression P du fluide à contre-
courant 40 est
toujours comprise entre la pression d'aspiration Pa et la pression de
refoulement Pr.
Néanmoins, comme visible sur la figure 6, ce deuxième mode de réalisation
permet, de
plus, de faire varier le coefficient directeur de la courbe 66 de variation de
la pression P
le long de l'axe longitudinal A-A de la pompe en modifiant la taille des
grains
remplissant le logement 28. Ce mode de réalisation permet ainsi d'adapter la
variation de
pression P exercée sur la face externe 22 du stator, le long de la pompe, en
fonction de la
pression exercée sur la face interne 20 du stator le long de la pompe. Ce mode
de
réalisation utilise le principe selon lequel les grains de grande taille 60
s'opposent moins
au passage de la partie de fluide à contre-courant 40 que les grains de petite
taille 64.
Ainsi, ce deuxième mode de réalisation de l'invention permet de maîtriser la
pression
exercée sur la face extérieur du stator et si nécessaire de créer un
déséquilibre maîtrisé
entre la pression appliquée sur la face interne 20 du stator par le fluide à
pomper et la
pression appliquée par le fluide à contre-courant 40 sur la face externe 22 du
stator. Cette
propriété peut, par exemple, être utilisée pour compenser le serrage ou le jeu
entre le
stator 6 et le rotor 8, que ces défauts d'ajustement soient dus aux tolérances
de
fabrication ou à l'usure des pièces. Ceci permet de mieux maîtriser le
rendement
volumétrique et le rendement mécanique de la pompe à cavités progressantes en
jouant
sur l'élasticité du métal tout en respectant la limite élastique de ce métal
afin de
conserver l'endurance de celui-ci.
Dans le mode de réalisation représenté, la taille des grains varie le long de
portions
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successives du logement. Il est également possible de faire varier la
perméabilité du
matériau d'obstruction en faisant varier d'autres paramètres telles que la
forme des
grains, la granulométrie (moyenne et écart type du diamètre des grains), la
rugosité des
grains et la capillarité entre le fluide et la surface des grains.
La pompe à cavités progressantes 68 selon le troisième mode de réalisation est
représentée sur la figure 7. Les éléments techniques de la pompe à cavités
progressantes
68 selon le troisième mode de réalisation identiques ou similaires aux
éléments
techniques de la pompe à cavités progressantes 48 selon la variante du premier
mode de
réalisation ont été référencés par les mêmes références numériques et ne
seront pas
décrits une seconde fois.
La pompe à cavités progressantes 68 selon le troisième mode de réalisation est
identique
à la pompe à cavités progressantes 48 selon la variante du premier mode de
réalisation de
l'invention à l'exception du fait que la pompe à cavités progressantes 68
comprend des
brides intermédiaires 72 fixées dans le logement 28 à intervalles réguliers.
Les brides intermédiaires 72 sont percées de part en part selon la direction
de l'axe
longitudinal A-A de la pompe pour permettre le passage du fluide à contre-
courant CC au
travers de l'ensemble du matériau granulaire 52.
En variante, avantageusement, les brides intermédiaires 72 logent des
dispositifs filtrants
pour éviter que le matériau d'obstruction 52 ne se déverse à l'intérieur du
stator.
La courbe 76 de la figure 8 montre la pression P exercée sur la face externe
22 du stator
6. La perte de charge est réalisée, d'une part, par le passage du fluide au
travers du
matériau granulaire 52 et, d'autre part, par la restriction du passage au
niveau des trous
74 des brides intermédiaires. Avantageusement, dans ce mode de réalisation, la
perte de
charge est peu dépendante de la viscosité du fluide.
En variante, le logement 28 ne comporte pas de matériau granulaire. Il est
vide. Dans ce
cas, la régulation de pression entre la pression P exercée sur la face externe
du stator et la
pression exercée sur la face interne du stator est réalisée directement en
ajustant le
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diamètre des trous de perçage dans le stator et le diamètre des trous 74 des
brides
intermédiaires.
La pompe à cavités progressantes 80 selon le quatrième mode de réalisation est
identique
5 à la pompe à cavités progressantes 48 selon la variante du premier mode
de réalisation de
l'invention à l'exception du fait que le matériau d'obstruction perméable est
un matériau
fibreux 81.
Ce matériau fibreux 81 est, par exemple, constitué par des fibres de verre
telles que, par
10 exemple, des tricots métalliques, de la laine de verre, des fibres
minérales, des fibres
métalliques, ou des fibres polyamides.
Le matériau fibreux 81 est, par exemple, appliqué par flocage de couches
successives,
comme visible sur la figure 9.
En variante, le matériau fibreux 81 est appliqué par bourrage de fibres
ordonnées ou
enchevêtrées.
Selon une variante non représentée, le matériau d'obstruction perméable
comprend un
aggloméré poreux obtenu par frittage, par moulage ou par injection de mousse à
cavités
ouvertes.
Selon une variante non représentée, le matériau d'obstruction perméable
comprend une
structure réticulée comme par exemple des panneaux en nid d'abeille.
La pompe à cavité progressantes selon le cinquième mode de réalisation de
l'invention
est identique à la pompe à cavités progressantes 48 selon la variante du
premier mode de
réalisation de l'invention à l'exception du fait que le matériau d'obstruction
contenu dans
le logement 28 est un matériau solide 82, pourvu d'un passage 84 en forme de
zigzag et
comprenant des chicanes 85 ralentissant la vitesse d'écoulement de la partie
de fluide à
contre-courant 40. Selon ce mode de réalisation, ce matériau n'est pas
nécessairement
perméable. Il peut être constitué d'un matériau imperméable à condition que
les éléments
de ce matériau imperméable ne soient pas liés entre eux de manière étanche.
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Le matériau solide 82 est, par exemple, réalisé par taillage de disques 86
présentant des
découpes intérieures 88 de forme propre à épouser le contour du stator , puis
par
empilage de ces disques 86, comme illustrée sur la figure 10.
En variante, le matériau solide 82 comprend plusieurs passages 84, disposés
tête-bêche,
de façon à ce que lesdits passages ne se trouvent pas en face les uns des
autres.
La pompe à cavité progressantes 90 selon le sixième mode de réalisation de
l'invention
est illustrée sur les figures 11 et 12. Les éléments techniques de la pompe à
cavités
progressantes 90 selon le sixième mode de réalisation identiques ou similaires
aux
éléments techniques de la pompe à cavités progressantes 2 selon le premier
mode de
réalisation ont été référencés par les mêmes références numériques et ne
seront pas
décrits une seconde fois.
La pompe à cavités progressantes 90 selon le sixième mode de réalisation est
identique à
la pompe à cavités progressantes 2 selon le premier mode de réalisation de
l'invention à
l'exception du fait que l'armature 4 est constituée d'un tube profilé
hélicoïdal qui s'étend
à une distance D sensiblement constante de la face externe 22 du stator de la
pompe 90.
Par exemple, la face interne 19 de l'armature est séparée de la face externe
22 du stator
par une distance D sensiblement comprise entre 0.05 et 10 millimètres et, de
préférence,
entre 1 et 2 millimètres. Le logement 28, c'est-à-dire l'espace compris entre
le stator 6 et
l'armature 4 ne contient aucun matériau d'obstruction.
Tout comme pour le premier mode de réalisation, une partie du fluide à pomper
38 qui a
atteint l'ouverture de refoulement 16, s'écoule à contre-courant dans le
logement 28 en
traversant les orifices 30, 32 de la bride de refoulement 26 puis retourne au
niveau de
l'ouverture d'aspiration 12 en passant par les orifices 34, 36 de la bride
d'aspiration 24.
Cette partie du fluide à contre-courant 40 exerce une pression P sur la face
externe 22 du
stator. Le débit du fluide à contre-courant 40 et la diminution progressive de
la pression
sur la face externe 22 du stator qui en découle sont déterminés en ajustant le
diamètre des
orifices 30, 32, 34, 36 ainsi que la distance D.
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Ce mode de réalisation permet d'obtenir une courbe similaire à la courbe 56
illustrée sur
la figure 4.
Pour bénéficier d'une perte de charge plus importante et limiter le débit de
fuite de la
pompe, la surface de la face interne 19 de l'armature 4 et la surface de la
face externe 22
du stator 6 sont avantageusement rugueuses. Une rugosité dont la profondeur
moyenne
est au minimum 3% de la distance D séparant la face interne de l'armature de
la face
externe du stator.
Cette rugosité peut être obtenue par un traitement de surface dégradant ces
surfaces, par
grenaillage par exemple.
En variante, une seule face parmi la face interne 19 de l'armature et la face
externe 22 du
stator est rugueuse.
Selon une variante de réalisation non représentée, le logement 28 est rempli
par un
matériau d'obstruction constitué par un ou plusieurs fils métalliques enroulés
autour du
stator 6.
Selon une variante de réalisation non représentée, le logement 28 est rempli
par un
matériau d'obstruction constitué par une manche ou une chaussette enfilé sur
le stator 6.
Cette manche est, par exemple, réalisée en textile métallique.
.
En variante, la bride d'aspiration 24 et la bride de refoulement de la pompe à
cavités
progressantes 90 du sixième mode de réalisation de l'invention sont pourvu
d'un seul
orifice d'entrée et d'un seul orifice de sortie ou d'un nombre d'orifices
d'entrée et
d'orifices de sortie supérieur à deux.
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En variante, la pompe à cavités progressantes selon l'invention comprend
plusieurs
matériaux d'obstruction de nature différente tels que, par exemple, des
matériaux fibreux,
des structures réticulées et des matériaux granulaires.
Les brides intermédiaires 72 sont disposées entre la bride d'aspiration 24 et
la bride de
refoulement 26.
Lorsque la pompe à cavités progressantes est utilisée en tant que turbine, les
orifices
d'entrée 30, 32 débouchent sur l'ouverture de refoulemnt16 et dans le logement
28. Les
orifices de sorties 34, 36 débouchent sur l'ouverture d'aspiration 12 et dans
le logement
28.
La pompe à cavités progressantes fonctionnant en tant que turbine peut
comprendre
toutes les caractéristiques mentionnées ci-dessous en liaison avec la pompe à
cavités
progressantes fonctionnant en tant pompe. Ces caractéristiques ne seront pas
répétées
pour le fonctionnement en tant que turbine.
En variante, le matériau d'obstruction est contenu dans le logement 28 et ce
matériau ne
remplit pas forcément le logement.
