Brevet FR2283332A1 — publié le 19760326

la présente invention concerne un réservoir d'alimentation comprenant un dispositif de stabilisation de niveau pour une installation de pompage de liquides contenant des solides en suspension. I1 est fréquent d'utiliser des pompes pour l'alimentation d'installations, telles que des cyclones de séparation, dont l'efficacité et le rendement ne peuvent être assurés qu'à condition que le débit d'alimentation et la pression du liquide à l'entrée de ces installations soient constants. Ainsi le maintien du débit constant doit être assuré par ces pompes quel que soit le débit d'alimentation du réservoir recevant le liquide contenant des solides en suspension. Â cet effet, ces réservoirs doivent être munis d'un dispositif de stabilisation du niveau pour éviter toute perturbation de fonctionnement des pompes. Parmi les opérations nécessitant le maintien d'un débit constant, on peut citer le traitement des pulpes minérales, par exemple du sable en suspension dans l'eau argileuse. Dans ce dernier cas, le mélange d'eau et de sable est introduit dans un réservoir suivant un débit variable et l'eau est séparée du sable dans un cyclone disposé en aval du réservoir. On connstt différents dispositifs de stabilisation du niveau du mélange d'eau et de sable alimentant ce réservoir. Ces dispositifs sont constitués le plus souvent par des vannes à commande manuelle ou à commande automatique. Les vannes à commande manuelle exigent une intervention fréquente et une surveillance constante de la part du personnel, ce qui constitue un inconvénient majeur. Parmi les vannes à commande automatique on utilise soit des électrovannes commandées par un contrôleur de niveau, par exemple des sondes, soit des vannes commandées par un flotteur ordinaire. le fonctionnement des dispositifs à commande par contrôleur de niveau ou par flotteur risque cependant d'être rapidement perturbé en présence de pulpe chargée de solides ayant des propriétés abrasives. Ainsi, des perturbations dues à l'usure ou à l'encrassement et au lestage des flotteurs par la boue ou à l'encrassement des sondes de niveau sont souvent constatées. Par ailleurs, les vannes du type courant commandées par les contr81eurs de niveau précités doivent être largement dimensionnées pour assurer avec un degré de fiabilité suffisant un débit en liquide d'appoint rapide et important en cas de baisse soudaine du débit d'alimentation du réservoir de pompe en fluide transporté. De telles vannes présentent de ce fait l'inconvénient d'être coûteuses. le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités en fournissant un réservoir d'alimentation pour une installation de pompage à débit constant de liquides contenant des solides en suspension, ce réservoir comprenant un dispositif de stabilisation de niveau utilisant un liquide d'appoint et étant à la fois fiable, simple à réaliser et peu croûteux. Suivant l'invention, le dispositif de stabilisation de niveau comprend un compartiment, muni à sa partie supérieure d'un conduit d'alimentation en liquide d'appoint et d'un orifice d'écoulement de trop-plein et à sa partie inférieure d'un orifice circulaire débouchant à l'intérieur du réservoir et d'un logement contenant un corps sphérique pouvant flotter à la surface du liquide et obturer l'orifice circulaire du compartiment lorsque le niveau atteint la hauteur maximum requise. Ce dispositif est de conception simple et peu coûteux car il ne nécessite l'emploi d'aucune pièce articulée ou usinée. I1 ne présente aucun danger d'encrassement, car contrairement au flotteur des stabilisateurs de niveau connus qui est susceptible d'être lesté de sable ou de boue, le corps sphérique se débarrasse seul de tout dépôt en pivotant sur lui-même. Son fonctionnement n'entraîne aucun mouvement de pièces mécaniques et de ce fait aucun réglage ni aucun entretien ne sont nécessaires. Selon une réalisation préférée de l'invention, le logement contenant le corps sphérique flottant est un manchon cylindrique ouvert à son extrémité inférieure et disposé suivant un axe sensiblement perpendiculaire à 1'ouverture circulaire. le corps-sphérique joue le rôle de soupape qui contrôle l'introduction de liquide d'appoint dans le réservoir. Ce corps sphérique est de préférence en un matériau résistant à l'abrasion, tel que caoutchouc de dureté Shore inférieure à 65. D'autres particularités et avantages de ltinvention seront encore mis en évidence dans la description qui suit. Âux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté une réalisation particulière de l'invention dans son application à une installation de séparation d'eau et de sable au moyen d'un cyclone. La figure 1 est une vue en élévation et en coupe partielle de cette installation. La figure 2 est une vue en coupe à grande échelle du dispositif de stabilisation de niveau placé dans le réservoir de la figure i. Â la réalisation de la figure 1, l'installation comprend un réservoir d'alimentation 1 au-dessus duquel débouche une conduite 2 amenant un mélange d'eau argileuse et de sable en suspension. Le réservoir 1 est muni à sa partie inférieure d'une conduite 3 débouchant dans une pompe 4. Cette pompe 4 est reliée à une conduite 5 débouchant dans la partie supérieure d'un cyclone de séparation 6. Ce cyclone sépare 1' eau du sable. L'évacuation de liteau s'effectue suivant la conduite 7 raccordée au sommet du cyclone 6, tandis que le sable est rejeté par le tube 8. L'eau évacuée suivant la conduite 7 sert de liquide d'appoint pour stabiliser le niveau du réservoir 1. Le dispositif de stabilisation de niveau comprend un compartiment 9 de volume faible par rapport à celui du réservoir. Dans la réalisation représentée, ce compartiment est fixé contre la paroi du réservoir 1. Le compartiment 9 est relié à sa partie supérieure au conduit 7 d'alimentation en liquide d'appoint et comporte un orifice 10 d'écoulement de trop-plein situé au voisinage du bord supérieur du réservoir 1. Ma paroi inférieure du compartiment 9 présente une ouverture cylindrique 12 débouchant à l'intérieur du réservoir 1. Sous l'ouverture 12 est disposé un manchon cylindrique 11 ouvert à son extrémité inférieure, servant de logement pour un corps sphérique 13 flottant à la surface du liquide alimentant le réservoir 1. Ce corps sphérique 13 peut obturer l'ouverture circulaire 12 lorsque le niveau du liquide atteint la hauteur maximum requise. Aux réalisations représentées, on voit que le compartiment 9 et le manchon il sont séparés par une paroi tronconique 14 (voir figure 2) divergente vers le réservoir 1, la petite base du tronc de cône définissant cette paroi étant constituée par l'ouverture circulaire 12. De plus, l'axe du manchon 11 est confondu avec celui de l'ouverture circulaire 12. Ainsi, lors du déplacement du corps flottant 13 à la surface du liquide contenu dans le réservoir 1; le-corps flottant 13 est guidé sensiblement suivant l'axe du manchon vers l'ouverture 12 et vient prendre appui automatiquement contre la paroi tronconique 14 pour obturer l'ouverture précitée. ia'réaiisation de la figure'2; on voit d'autre part que la face de la paroi tronconique 14 qui est destinée à venir en contact avec le corps flottant 13 comporte un rev8tement 15 constitué par un matériau résistant à l'abrasion. Ce matériau peut être par exemple du caoutchouc de dureté Shore inférieure à 65. Ce revêtement protège par conséquent la paroi 14 de l'abrasion provoquée par le sable contenu dans le réservoir 1 et permet,d'autre part, d'obtenir une meilleure étanchéité entre la paroi 14 et le corps flottant 13 lorsque celui-ci est en appui contre l'ouverture 12. Le corps flottant 13 est de préférence également constitué par un matériau résistant à l'abrasion tel que le caoutchouc de dureté Shore inférieure à 65. le fonctionnement de cette installation est le suivant Le réservoir 1 est alimenté en pulpe constituée par du sable en suspension dans l'eau avec un débit variable. Le débit de la pompe 4 étant maintenu à une valeur légèrement supérieure à la valeur du débit d'alimentation maximum de la cuve l, la suspension est refoulée sous débit et pression constants dans le cyclone 6. le sable est évacué à la base du cyclone en 8, tandis que l'eau débarrassée de sable est soutirée au centre du cyclone par la conduite 7 vers le compartiment 9 du dispositif de stabilisation de niveau. Une partie de cette eau,servant de liquide d'appoint pour le maintien du niveau constant dans la cuve 1, pénètre dans la cuve par l'orifice 12 lorsque le corps sphérique flottant 13 s'écarte de l'orifice 12. L'excédent d'eau s'écoule par l'orifice de trop-plein 10. Dès que le niveau dans le réservoir 1 atteint la hauteur maximum requise, le corps flottant 13 s'applique contre la paroi 14 et obstrue l'orifice 12.Le diamètre du manchon 11 doit bien entendu être supérieur à celui du corps sphérique 13 pour assurer à celui-ci un libre déplacement et pour permettre un important débit d'eau entre le corps sphérique 13 et les parois latérales du manchon 11. Ce débit d'eau d'appoint par ltouverture circulaire doit en effet être suffisamment important pour permettre un rétablissement quasi-instantané du niveau du réservoir 1 en cas de baisse du débit d'alimentation. On donne ci-après à titre d'exemples, quelques caractéristiques de fonctionnement d'une installation du genre de celle que l'on vient de décrire Dans cette installation, le diamètre de l'orifice 12 était égal à 25 cm. Débit d'alimenta- Débit d'alimentation minimum maximum sable eau sable eau Débit d'alimentation de la cuve (m3/h) 10 150 40 210 Débit de la pompe (m3/h) 10 245 40 215 Débit de recirculation d'eau d'appoint (m3/h) 95 5 Taux de recirculation % 63,5 2,38 on voit que dans le cas du débit d'alimentation minimum, le débit d'eau de recirculation commandé par le dispositif de stabilisation de niveau était de 95 m3/h, tandis que dans le cas du débit d'alimentation maximum le débit de recirculation n1 était que de 5 m3/h. On a constaté d'autre part que malgré ces importantes différences du débit d'alimentation du réservoir, le niveau du mélange de sable et d'eau argileuse restait stable, les variations de la hauteur de ce niveau n'excédant pas 10 cm. Bien entendu l'invention ne se limite pas à la réalisation qui vient d'être décrite et on peut apporter à celle-ci de nombreuses variantes d'exécution sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que le conduit 7 d'alimentation en eau d'appoint peut être branché sur n'importe quelle source d'eau pour assurer le maintien du niveau dans le réservoir 1. Egalement, le compartiment 9, au lieu d'être fixé à la paroi du réservoir 1, peut être situé par exemple au milieu de celui-ci et de façon que le corps flottant 13 obture l'ouverture 12 de la paroi 14 lorsque la hauteur maximum est atteinte dans le réservoir 1. Par ailleurs, le logement Il contenant le corps sphérique flottant 13 faisant office de soupape peut revêtir des formes diverses. Le logement peut être constitué par exemple par une cage formée par des bandes métalliques Qui retiennent le corps sphérique juste en-dessous de l'orifice 12 en lui laissant la possibilité de se mouvoir sensiblement suivant l'axe de cet orifice. Le dispositif de stabilisation du niveau du liquide alimentant le réservoir 1 présente par conséquent les avantages suivants - il permet de stabiliser ce niveau, même en cas d'importantes variations du débit d'alimentation du réservoir 1, - les risques d'encrassement sont notablement réduits par rapport aux réalisations connues. En effet, le corps flottant 13, en tournant sur lui-mme,assure un autonettoyage de sa surface, - il est de réalisation simple. il ne nécessite, e n particulier, aucune pièce articulée, ni aucun usinage précis. De ce fait il convient parfaitement à toutes les applications nécessitant un débit constant à l'aval d'un réservoir alimenté suivant un débit variable, telles que les installations de triage ou de séparation des matières solides suspendues dans des liquides. REVENDICATIONS 1. Réservoir d'alimentation pour une installation de pompage à débit constant de liquides contenant des solides en suspension, ce réservoir comprenant un dispositif de stabilisation de niveau utilisant un liquide d'appoint, caractérisé en ce que le dispositif de stabilisation de niveau comprend un compartiment muni, à sa partie supérieure,d'un conduit d'alimentation en liquide d'appoint et d'un orifice d'écoulement de trop-plein et, à sa partie inférieure,d'un orifice circulaire débouchant à l'intérieur du réservoir et d'un logement contenant un corps sphérique pouvant flotter à la surface du liquide et obturer l'orifice circulaire du compartiment--10 sque--le niveau stteint la-hauteur msximus requise. 2. Réservoir d'alimentation conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le logement contenant le corps sphérique est un manchon cylindrique, ouvert à son extrémité inférieure et disposé suivant un axe sensiblement perpendiculaire à l'ouverture circulaire. 3. Réservoir d'alimentation conforme à l'une quelconque des revendications t ou 2, caractérisé en ce que le compartiment du dispositif de stabilisation de niveau est fixé contre la paroi du réservoir. 4. Réservoir d'alimentation conforme à l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que le compartiment et le logement sont séparés par une paroi tronconique divergente vers le réservoir, la petite base du tronc de cône définissant cette paroi étant constituée par l'ouverture circulaire. 5. Réservoir d'alimentation conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps sphérique est en un matériau résistant à ltabrasion. 6. Réservoir d'alimentation conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi tronconique est revêtue sur sa face tournée vers le corps sphérique par un revêtement résistant à l'abrasion. 7. Réservoir d'alimentation conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, le réservoir étant alimenté par de l'eau conteront du sable et ce réservoir étant en outre en communication avec une ompe et un cyclone, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation en liquide d'appoint dont est pourvu le compartiment au diSpOSitif de stabilisation de niveau est relié au conduit d'évacuation de l'eau provenant du cyclone de séparation.