L’élévateur volumétrique à pistons utilise le même principe que les surpresseurs d’air comprimé ou les systèmes qui permettaient de faire rentrer de l’eau dans les chaudières à vapeur sous pression.
Le principe global utilise le fait que la force exercée par un piston dépend de sa section et de la valeur de la pression qu’il reçoit. Il est donc possible d’augmenter la pression d’un fluide en faisant transiter l’énergie par une transmission mécanique entre des pistons de sections différentes. On obtient, dans le cas de l’eau, un dispositif comme le montre le schéma ci-dessous.
Avantages de l’élévateur volumétrique :
- Il fonctionne quel que soit le débit de la source primaire.
- Il utilise facilement l’intégralité de l’énergie potentielle disponible car la conduite d’alimentation est pressurisée.
- Il est peu encombrant.
- Il ne nécessite pas de recharge en air comme un bélier hydraulique car il ne stocke pas de pression.
- Le pompage (et non seulement l’élévation) est possible. Ce système fonctionne comme un moteur volumétrique qui pourrait entrainer n’importe quel récepteur.
Inconvénients :
- Réalisation plus complexe qu’un bélier.
- Étanchéité rigoureuse nécessaire des ensembles pistons/cylindres, ces derniers peuvent être réalisés en polycarbonate, par exemple.
Schéma
Nomenclature explicative
- 1. Piston/cylindre : c’est l’ensemble moteur, le piston est de section S1 et la pression P1 est celle imposée par le hauteur de la chute d’eau primaire.
- 2. Piston/cylindre : c’est l’ensemble pompe, le piston est de section S2 et la pression P2 est celle imposée par la hauteur de refoulement.
- 3. Arrivée d’eau : c’est la canalisation qui provient de la source d’eau primaire.
- 4. Clapet anti-retour : c’est le clapet qui permet à l’eau de la source primaire de repousser l’ensemble vers le bas.
- 5. Clapet anti-retour : c’est le clapet de refoulement de l’ensemble pompe.
- 6. Conduite de refoulement
- 7. Vanne d’admission : c’est la vanne d’admission de l’ensemble moteur.
- 8. Vanne d’échappement : c’est la vanne d’échappement de l’ensemble moteur.
- 9. Conduite d’échappement : c’est la conduite d’échappement qui évacue le volume d’eau motrice.
- 10. Lien mécanique : c’est une tige qui relie les deux pistons et soutient l’arbre à cames 11.
- 11. Arbre à cames : il soutient les cames 12 qui actionnent la vanne d’échappement et d’admission.
- 12. Cames : elles actionnent les vannes 7 et 8. La position des cames n’est pas à l’échelle sur le schéma indicatif.
Pour que le système fonctionne, il faut :
S1/S2 > P2/P1
La supériorité est indispensable pour compenser les pertes et les énergies nécessaires à l’actionnement des vannes. Il conviendra d’estimer ces valeurs en fonction de la dimension du système et des technologies de vannes utilisées. La question du comportement des vannes en fin de course nécessite un travail d’étude supplémentaire.