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Pompe à commande hydraulique FLUX

(FLUX)






La société Flux a fourni des pompes pour l'équipement des puits profonds des abris ou petits ouvrages de la fortification Maginot.

Le système de pompe Flux est basé sur une pompe immergée commande hydraulique. Ce type de pompe présente le gros avantage de ne nécessiter que peu d'entretien et d'être d'un fonctionnement relativement simple.
Il convient aussi de rappeler que les pompes immergées électriques n'étaient pas un produit connu en 1930

Pompe hydraulique Flux

Abri du Bois de Cattenom
Pompe Flux




Principe et fonctionnement

La pompe Flux est une pompe à commande hydraulique. Elle est basée l'utilisation de l'eau comme fluide hydraulique permettant de piloter la partie immergée grâce aux flux créés par le pulsateur installé à la surface.

Ce système de pompage est composé de trois éléments. Le premier est le pulsateur (dénomination propre à la société Flux) qui est installé à la surface du puits. Il s'agit en fait du système de commande hydraulique pilotant la partie immergée de la pompe.

La partie immergée est elle composée de deux éléments, la pompe hydraulique elle-même, surmontée d'une cloche à air.

Le pulsateur et la pompe sont reliés par deux conduites hydrauliques de petite section reliant entre eux les pistons de commande du pulsateur et les pistons commandés de la pompe.

Le schéma ci-dessous représente l'installation complète de cet ensemble.


Pompe hydraulique Flux

Pompe de puits Flux
Schéma d'une installation



Le principe de fonctionnement de l'ensemble est détaillé ci-après.




Partie immergée

La partie immergée est constituée d'une pompe surmontée d'une cloche à air. Ces deux éléments et leur fonctionnement sont détaillées ci-dessous.


Pompe hydraulique Flux

Pompe Flux
Partie immergée : la pompe hydraulique sans sa cloche à air.




Pompe - Description

La figure ci-dessous donne une représentation schématisée de la pompe permettant d'en comprendre le fonctionnement.


Pompe hydraulique Flux

Pompe Flux
Partie immergée
Schéma de principe.



La pompe est constituée d'un piston figuré en rouge et de quatre clapets. Les deux clapets Ca1 et Ca2 situés en partie inférieure sont ceux correspondant à l'aspiration de l'eau dans le puits. Les deux clapets Cr1 et Cr2 situés en partie supérieurs sont ceux correspondant au refoulement de l'eau vers la cloche à air placée au dessus de l'ensemble.

Le piston est piloté par deux vérins moteurs Ph et Pb.

Une crépine (non représentée) placée sur la conduite d'aspiration en partie basse de la pompe permet d'éviter l'aspiration de particules ou de sable.
Une cloche à air est raccordée sur la conduite de refoulement en partie haute de la pompe.



Pompe - Fonctionnement

Le piston de la pompe (en rouge) est actionné par les deux vérins moteurs. Chacun de ces pistons moteurs agissant à son tour en repoussant la tige du piston de bas en haut (Pb) puis de haut en bas (Ph), le piston de la pompe se voit animé d'un mouvement de va et vient.

Lorsque le piston descend, poussé par le piston moteur Ph, il aspire dans de l'eau dans la chambre haute H par la conduite gauche g qui se trouve en dépression.
La dépression créée entraine l'ouverture du clapet d'aspiration Ca1 permettant l'aspiration de l'eau depuis le puits vers la chambre H et entraine à contrario la fermeture du clapet de refoulement Cr1 qui interdit le passage d'eau entre g et la conduite de refoulement.

Dans le même temps, l'inverse se produit avec la chambre basse B qui refoule l'eau qu'elle contient vers la conduite droite d, créant une surpression dans cette dernière.
Cette surpression provoque l'ouverture du clapet de refoulement Cr2 et la fermeture du clapet d'aspiration Ca2 qui interdit le passage entre la conduite d'aspiration et la conduite d. L'eau est refoulée depuis la chambre B vers la conduite de refoulement.

Lorsque ensuite le piston monte, poussé par le piston moteur Pb, c'est exactement l'inverse qui se produit. C'est au tour de la chambre B de se remplir en aspirant l'eau du puits et à la chambre H de se vider en refoulant l'eau qu'elle contient vers la conduite de refoulement.

Le mouvement du piston de la pompe est alternatif et chaque mouvement du piston de la pompe dans un sens, une quantité d'eau est aspirée dans le puits et une autre refoulée vers la conduite de refoulement.



Cloche à air

Le principe de fonctionnement de cette pompe reposant sur un piston double effet permet d'obtenir un refoulement d'eau plus régulier qu'avec un piston à simple effet, mais il n'en reste pas moins que le flux n'est pas uniforme et que la hauteur de colonne d'eau du puits implique des variation continues de la pression en sortie de pompe, entrainant par effet belier des à-coups et contraintes mécaniques importantes susceptibles d'endommager le système ou d'en réduire fortement la durée de vie.

Afin de pallier ce risque, la pompe est surmontée d'une cloche à air dont une représentation schématique est donnée ci-dessous.

Pompe hydraulique Flux

Pompe Flux
Cloche à air



La cloche a air est constituée d'une enveloppe métallique insérée dans la conduite de refoulement en sortie de pompe; la conduite est prolongée en partie supérieure de la pompe, créant ainsi un volume d'air 'prisonnier' qui permet grâce à l'élasticité résultant de sa compressibilité de varier en fonction des variation de pression en sortie de pompe et d'annuler ces dernières, rendant alors le refoulement régulier et dans à-coups.

Une conduite t permet de gonfler la cloche en y injectant de l'air. Deux raisons rendent ce gonflage necessaire, la première est que l'air contenu dans la cloche finit à se dissoudre dans l'eau du fait de la pression exercée et la seconde est directement liée à la pression statique exercée par la colonne d'eau de refoulement.
En supposant que la pompe soit immergée à trente mètres de profondeur, cette pression est de trois bars au niveau de la cloche et réduit donc de deux tiers le volume occupé par l'air dans la cloche en comprimant ce dernier.
La conduite t est dotée en partie haute du puits d'un clapet permettant au personnel charge de l'entretien d'injecter de l'air grâce à un compresseur ou une bouteille d'air comprimée.


Pulsateur

La figure ci-dessous représente de manière schématisée le pulsateur installé à la surface du puits.


Pompe hydraulique Flux

Pompe Flux
Pulsateur simplifié




Description

Le pulsateur comporte deux pistons de commande (Piston 1 et piston 2) auquel sont raccordées les conduites hydrauliques les reliant aux pistons moteurs de la partie immergée (sortie 1 et sortie 2).

Chaque piston est muni de deux purgeurs d'air. Seul le purgeur supérieur est représenté sur la figure proposée, le second en partie inférieure du piston permet de le vider de son eau si nécessaire (arrêt prolongé, maintenance...).

Chaque piston est relié par une conduite provenant d'une chambre de mélange abouti à un clapet interdisant tout refoulement depuis le piston mais autorisant le remplissage du piston depuis la chambre de mélange. La chambre de mélange est alimentée en eau depuis le bac d'amorçage ou, une fois que le puits débite, par une conduite prise en dérivation sur la sortie de ce dernier.

L'ensemble est contenu dans un carter étanche permettant d'en assurer le graissage.


Fonctionnement

Les deux pistons sont mus par une bielle actionnée par une manivelle commune. Ils ont un mouvement alternatif et fonctionnent en opposition.

Lorsque le piston 1 chasse l'eau qu'il contient vers la sortie 1, le piston 2 se remplit en aspirant l'eau par la sortie 2. Au demi-tour suivant de la manivelle le cycle s'inverse, on obtient donc au niveau de chaque piston de commande un flux et un reflux à chaque tour de la manivelle.

Les pistons de commandes sont reliés aux pistons moteurs de la pompe immergée par des conduites hydraulique et transmettent ainsi leur mouvement à ces derniers.

Le système de commande hydraulique fonctionne avec des pressions élevées, proportionnelles à la profondeur d'immersion de la pompe et au rapport entre la surface du piston de la pompe et celle des pistons moteur. Afin de limiter l'impact de micro-fuites, de la dilatation des conduites de commande ou de bulles d'air dans le système, le volume d'eau fourni par les pistons de commande est supérieur à celui qui correspond au déplacement maximal du piston de la pompe dans les vérins moteurs.
L'eau étant incompressible, cette différence de volume entrainerait la destruction des joints ou des conduites de commande du fait de la surpression qu'elle créerait en fin de course du piston de la pompe, le piston de commande continuant à pousser de l'eau dans un volume fini et une astuce a du être trouvée pour pallier cela.

Pompe hydraulique Flux

Pompe Flux
Détail de l'axe du piston de pompe
Canal de décharge



L'axe double du piston de la pompe est doté de chaque coté de percements permettant de mettre en communication la chambre du piston moteur avec la chambre de la pompe elle même lorsque le piston arrive en fin de course. Ce canal ainsi découvert permet alors la décharge du piston moteur en renvoyant l'excédent d'eau vers le corps de la pompe, évitant ainsi toute surpression.

Lors de la rentrée du piston, le volume d'eau renvoyé par le piston moteur se retrouve inférieur à celui qui est nécessaire au piston de commande. C'est le rôle des clapets placés sur les pistons de commande, une fois le piston moteur en fin de course, le piston de commande continue sa course et, la dépression créée entrainant l'ouverture du clapet, le piston de commande prélève prélève le complément d'eau dans la chambre de mélange, elle même alimentée par l'eau refoulée par le puits.




Redaction

Pascal Lambert - mars 2020





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