Brevet FR2254015A1 — publié le 19750704

La présente invention a trait à une vanne doseuse propre à permettre d'amener en continu à un courant liquide le ou les réactifs nécessaires pour son traitement. Dans de nombreuses installations lton doit traiter de grandes quantités d'un liquide par certains réactifs en vue, par exemple, de le neutraliser. C'est ainsi que certaines industries, telles-que la galvanoplastie, sont tenues d'ajuster le pH ou le Rh des solutions qu'elles rejettent à l'egoût. Ce traitement peut s'effectuer en discontinu, mais il exige alors des cuves de grande capacité, pourvues de mécanismes agitateurs puissants et dont le fonctionnement reste cependant assez lent car après chaque addition de réactif, il faut attendre que ltequilibre se soit établi dans toute la masse avant de procéder à une addition complémentaire, s'il y a lieu. Aussi~préfère-tton souvent opérer en continu.Mais jusqu'ici cela a exige des appareils compliques et coûteux, tels que des pompes doseuses convenablement commandées, qui élèvent considérable- ment le coût du traitement. L'invention vise au contraire à permettre de réaliser une vanne doseuse de construction simple et qui, moyennant certaines dispositions accessoires appropriées, permet de régler comme on le désire le pH ou le Rh d'un courant continu de liquide. La vanne suivant l'invention comprend- essentiellement un pistontiroir commandé par un servo-moteur hydraulique en vue de régler l'arrivée de réactif, tandis qu'il est prévu-une injection calibrée d'eau sous une pression nettement plus élevée que celle de réactif, sur la face du piston-tiroir opposée aux lumières d'amenée de ce réactif, cette eau traversant les défauts d'étanchéité ménagés entre le piston-tiroir et sùn cylindre pour balayer le ou les orifices d'amenée et le piston-tiroir lui-meme et pour s 'opposer à tout débit résiduel de réactif à la position de fermeture de la vanne. Dans une forme d'exécution préférée, le piston-tiroir est établi sous la forme d'une vis à profondeur de fond de filet régulièrement décroissante sur sa longueur, cette vis étant orientée dans son cylindre de manière telle que l'injection calibrée d'eau se trouve dans une zone à profondeur moindre que celle correspondant è l'amenée de réactif. La vanne suivant l'invention peut avantageusement comporter un hydro-éjecteur propre à aspirer le réactif en évitant ainsi d'avoir à maintenir celui-ci sous pression et en réalisant sa pré-dilution. Une installation propre à la mise en oeuvre d'une vanne suivant l'invention comprend préférablement une enceinte tubulaire de mé- lange à l'une des extrémités de laquelle le liquide à traiter est injecté dans l'entrée d'un convergent-divergent propre a assurer un brassage énergique par recyclage entre sa sortie et son entrée. A cette enceinte sont associées une ou plusieurs vannes suivant l'invention (par exemple une vanne de dosage "acide" et une autre de dosage "alcalin"), les hydro-éjecteurs de ces vannes étant alimentés à partir de la pompe d'alimentation de l'enceinte., A l'extrémité de celle-ci opposée à l'entrée et équipée d'une sortie appropriée, sont disposés des détecteurs de mesure du pH et/ou du Rh dont les signaux sont envoyés à des circuits électroniques qui les transforment en courant intermittent d'amplitude constante en vue d'actionner les dispositifs distributeurs associés aux éléments des vannes -doseuses. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe verticale générale d'une vanne doseuse suivant l'invention, le piston-tiroir étant représenté à sa position de pleine ouverture. Fig. 2 reproduit en partie fig. 1, mais en montrant le piston-tiroir en position fermée. Fig. 3 montre en coupe partielle une variante dans laquelle le piston-tiroir est fileté. Fig. 4 est une vue à plus grande échelle d'un tel pistontiroir. Fig. 5 montre très schématiquement la disposition générale d'une vanne doseuse double suivant l'invention. Fig. 6 représente le schéma général d'une installation propre à l'utilisation de vannes doseuses suivant l'invention. La vanne doseuse représentée en fig. 1 comprend essentielle-. ment un corps 1, fait par exemple en matière plastique ou en métal inattaquable, dans lequel est creusé un alésage la qui forme cylindre pour un piston hydraulique 2 équipé d'un joint d'étanchéité 3. L'extrémité supérieure ouverte de l'alésage laest fermée par un couvercle 4 dans lequel on a ménagé une entrée 4a pour le liquide des-tiné a# actionner le piston 2, une autre entrée lb étant percée la téralement dans le corps 1 au niveau du fond de l'alésage la. On a indiqué en 5 le joint d'étanchéité du couvercle 4 sur le corps 1. Le piston 2 est solidaire d'une tige 6 qui coulisse dans un alésage ic prévu dans le corps 1 co-axialement à l'alésage la. Un joint d'étanchéité 7 est interposé sur cette tige 6 pour isoler le bas de l'alésage lc-de l'alésage la. La tige 6 se prolonge vers le bas par une partie 6a à diamètre légèrement plus faible, laquelle se termine à son tour par une titre 6b qui coulisse à jeu réduit dans l'alésage lc. Le corps 1 est encore percé d'un alésage transversal id qui s'arrête à une faible distance de Il alésage ic, la paroi intermédiaire 8 étant percée dtune multiplicité de perforations Sa. En fig. 1 l'on a supposé que cette paroi faisait partie d'un bouchon enfoncé à force dans l'alésage id, prévu plus long, ce bouchon étant lui-même alésé verticalement de façon à s'adapter exactement à l'alésage ic. L'entrée de l'alésage id est convenablement filetée de façon à pouvoir recevoir un raccord approprié. Un peu au-dessus de l'alésage ld le corps 1 est percé d'un canal horizontal le qui débouche dans l'alésage lc, l'entrée de ce canal étant réalisée sous la forme d'un alésage borgne if convenablement fileté pour recevoir un raccord approprié. Dans le fond de cette entrée If on a disposé une pastille calibrée 9 (qu'on pourrait éventuellement remplacer par un robinet à pointeau). Enfin l'extrémité inférieure de l'alésage lc débouche dans un alésage transversal 1g à l'intérieur duquel est disposé un hydroéjecteur comprenant une tuyère 10, un convergent-divergent il et un espace d'aspiration 12 qui communique librement avec l'alésage ic. . Le fonctionnement est le suivant L'hydro-éjecteur 10-11-12 reçoit constamment de l'eau sous pression qui, arrivant par la gauche en fig. 1, s'échappe par la droite pour se mélanger au courant de liquide à traiter. Cet hydroéjecteur détermine ainsi une dépression dans 1'alésage ic au-dessous du piston-tiroir 6b, de sorte que du réactif se trouve aspiré à partir de l'alésage id, lequel est relié è un réservoir approprié de ce produit. En même temps de l'eau sous pression est continuellement envoyée dans le canal le à travers la pastille calibrée 9. Cette eau, dont le débit est très faible, passe à travers les défauts d'étanchéité du piston-tiroir 6b a l'intérieur de l'alésage lc et vient se mélanger au réactif aspiré à travers les perforations 8a. Lorsqu'il y a lieu de réduire le débit de réactif, on agit sur un distributeur hydraulique de commande du piston 2 dans l'alésage la, de manière à abaisser ce piston. Le piston-tiroir 6b descend donc lui aussi et vient recouvrir plus ou moins complètement les perforations 8a en assurant ainsi la diminution de débit désirée. A la limite (fig. 2) le piston-tiroir 6b arrive au-dessous des perforations 8a, ce qui arrete totalement le débit de réactif. I1 est à noter qu'a cet instant l'eau injectée en le tend à refluer à l'intérieur de l'alésage ld. Pour éviter qu'elle n'aille se mélanger au réactif dans le réservoir de retenue de celui-ci, on interpose avantageusement un clapet anti-retour entre ce réservoir et l'alésage Id. Quant à l'eau qui continue à filtrer au droit du piston 6b, elle se mélange purement et simplement au courant qui traverse l'hydro-éjecteur 10-11-12 sans provoquer aucune perturbation dans le dosage. On comprend sans peine que le distributeur de commande du 'pis- ton hydraulique 2 peut être actionné par des appareils détecteurs interposés sur-le trajet du liquide traité pour relever, par exemple, le pH de celui-ci et, s'il est trop élevé, le corriger par addition d'un réactif acide. On connait parfaitement dans la technique de tels distributeurs hydrauliques réalisés par le moyen d'électrovannes, ainsi que des circuits électroniques propres à les actioner sélectivement à partir d'un signal d'information reçu d'un appareil de mesure ou autre genre de détecteur approprié. Il convient de remarquer que l'eau injectée dans la vanne suivant l'invention remplit trois rôles 1 ) En circulant sans arrêt entre le piston-tiroir et son cylindre, ainsi qu'entre ce piston et la paroi 8, elle empêche toute formation de dépôts susceptibles de provoquer des blocages. 20) Elle dispense d'avoir à réaliser une étanchéité parfaite entre le piston-tiroir et son cylindre ou alésage lc. Or on sait qu'une telle étanchéité est toujours difficile à obtenir dans le cas de pistons se déplagant en face de perforations, surtout lorsque le fluide intéressé est corrosif. 3#) Elle assure la pré-dilution du réactif en facilitant ainsi son mélange homogène avec la masse du liquide 3 traiter. Fig. 3 et 4 montrent une variante dans laquelle le piston-tiroir est réalisé sous la forme d'une vis 13 dont la profondeur à fond de filet tva en décroissant de bas en haut. En pratique le filetage est creusé dans un cylindre par le moyen d'un outil se-déplaçant avec une certaine obliquité pa#r rapport à taxe de rotation du tour à fileter. D'autre part l'alésage ld ne communique plus avec l'alésage lc que par une seule lumière lh. On comprend que dans ces conditions le débit de réactif dépend de la profondeur de la partie du filetage de la vis 13 qui se trouve au droit de la lumière lh, laquelle est suffisamment haute pour ne jamais être obturée de façon notable par un plein de ce filetage. Ce débit diminue donc régulièrement à mesure que la vis 13 descend. Par ailleurs l'eau injectée de façon calibrée par le canal le balaie constamment les filets en empêchant la formation de dép8ts. On conçoit que finalement le fonctionnement reste le meme que celui exposé en référence à fig. 1, mais avec une plus grande progressivité et par conséquent une meilleure souplesse dans le dosage. Dans un grand nombre de cas le traitement du liquide peut exiger non pas un seul réactif, mais bien deux. Si par exemple il s'agit de neutraliser des eaux résiduaires, celles-ci peuvent être parfois acides et parfois alcalines ; on doit donc prévoir de leur ajouter soit un réactif alcalin, soit un réactif acide. Il en va de même dans le cas de solutions alternativement réductrices et oxydantes. En pareil cas lton peut combiner deux vannes suivant fig. i (ou fig.- 3) en les associant à un même hydro-éjecteur. C'est ce qu'on a représenté, très schématiquement en fig. S. On retrouve dans cette figure la'tuyère 10, le convergent-divergent il et l'espace d'aspiration 12. De part et d'autre de cet ensemble on a disposé en opposition deux vannes dont les éléments principaux, référencés comme en fig. i, ont été différenciés par l'adjonction des lettres A et B. Bien entendu la commande de ces vannes doit être agencée de fa çon qu'elles ne soient jamais ouvertes simultanément, condition facile à réaliser dans la pratique. Fig. 6 montre le schéma général d'une installation d'épuration d'eaux résiduaires comportant application de vannes doseuses suivants 1' invention. Dans cette figure on a représenté en 14 un bassin collecteur des eaux à traiter. Un tube 15 avec crépine 16 permet le prélèvement de ces eaux par le moyen d'une pompe 17. Cette dernière refoule le liquide sous pression relativement élevée dans une canalisation 18 qui aboutit à une tuyère axiale 19 portée par le fond d'une enceinte tubulaire 20 en forme de tour, dont la partie haute comporte deux sorties 21 et 22 disposées l'une au dessus de l'autre, comme montré, la plus haute 22 étant reliée à un tube de retour 23 qui re vient au bassin 14, tandis que la plus basse 21, équipée d'une électro-vanne 24, constitue la canalisation de départ d'eau traitée. A l'intérieur de la tour 20 et immédiatement au-dessus de la tuyère 19, il est prévu un convergent-divergent 25 qui, recevant le jet liquide de la tuyère 19, forme trompe pour aspirer par le bas du liquide du réservoir ou tour en déterminant ainsi un recyclage incessant, à la façon indiquée par les flèches, et par conséquent un brassage énergique propre à homogénéiser le contenu de ladite tour 20. Pour améliorer ce recyclage et le localiser dans la partie inférieure de la tour, on a disposé au-dessus du convergent-divergent 25 un déflecteur 26 qui contribue à renvoyer vers le bas la majeure partie du courant liquide ascendant. On obtient ainsi un brassage énergique qui homogénéise parfaitement la masse du liquide.Des détecteurs 27a et 27b sont prévus dans le haut de la tour 20 pour relever les caractéristiques du liquide juste avant qu'il ne s'échappe par la canalisation 21 ou la canalisation 22. Ces ca ractéristiques peuvent etre par exemple le pH, le pouvoir oxydant ou réducteur, etc.... Les signaux modulés en amplitude provenant des détecteurs 27a et 27b sont envoyés à un ensemble de circuits électroniques 28 qui les transforme en signaux continus ou discontinus d'amplitude constante. Ces derniers sont envoyés à leur tour à deux distributeurs hydrauliques 29a et 29b qui commandent respecti vement deux vannes doseuses suivant l'invention VA et VB. Les hydro-éjecteurs de ces deux vannes sont alimentés par une canalisation 30 à partir de la canalisation de refoulement 18 de la pompe 17. Leurs sorties sont amenées dans le bas de la tour 20 par deux canalisations individuelles 31A, 31B. Les injections calibrées des deux vannes VA et VB sont alimentées par une canalisation 32 à partir d'une source appropriée d'eau sous pression, telle qu'une distribution municipale (en certains cas l'on peut utiliser l'eau refoulée par la pompe 17). Enfin entrée de réactif- de chaque vanne est reliée à un réservoir correspondant 33A, 33B par une canalisation 34A, 34B sur laquelle est interposé un clapet antiretour, respectivement 35A, 35B. On comprend que les réactifs injectés sélectivement dans le bas de la tour 20 par les vannes VA et VB arrivent dans la zone où le convergent-divergent 25, la tuyère 19 et le déflecteur 26 assurent un brassage énergique du liquide. Ils se mélangent donc très régulièrement à celui-ci en assurant un traitement parfaitement homogène des eaux résiduaires évacuées par la canalisation 21. Au cas où pour une raison quelconque 1 'eau qui arrive dans le haut de la tour 20 ne présenterait pas les normes prévues, les circuits électroniques 28 pourraient agir sur l'électro-vanne 24 pour la fermer. A ce moment le niveau monterait dans la tour jusqu t à atteindre la sortie 22 et l'eau insuffisamment traitée serait renvoyée au bassin 14 à travers la canalisation 23. Il doit tailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. On conçoit notamment qu'en fig. 6 les deux vannes doseuses simples VA et VB pourraient être remplacées par une vanne double du genre schématisé en fig. 5. L'enceinte de réaction 20 pourrait être prévue horizontale, au besoin avec un petit dôme permettant de disposer la sortie 22 à un niveau supérieur.Concernant la vanne doseuse ellemême il convient de remarquer que si la présence de l'hydro-éjecteur 10-il peut être avantageuse dans bien des cas, elle n'est nullement indispensable à condition d'avoir soin d'amener les réactifs sous pression et, si on le désire, à l'état suffisamment dilués. Concernant plus particulièrement la disposition à vis de fig. 3 et 4,#on peut noter qu'il serait possible de se dispenser du caractère décroissant du fond de filet en prévoyant le pas suffisamment fin pour faire apparattre une perte de charge relativement forte et qui serait alors fonction de la hauteur de la vis dans son alésage. On peut remarquer que tout ltensemble de fig. 6 peut se réaliser sous un très faible encombrement. Dans le cas de débits réduits il est ainsi possible de rassembler tous les éléments sur un bloc unique en matière plastique ou autre, convenablement conformé à cet effet. REVENDICATIONS 1. Vanne doseuse pour l'addition de réactif à un courant de liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison - un piston-tiroir propre à découvrir plus ou moins une lumière d'amenée de réactif à l'intérieur du cylindre dans lequel il coulisse de façon non parfaitement étanche - un servo-moteur commandant ce piston-tiroir ; - et une injection calibrée d'eau sous une pression supérieure à celle d'amenée de réactif, cette injection débouchant dans le cylindre en un point opposé à l'extrémité de sortie de réactif de celui-ci par rapport à la lumière d'amenée précitée, de manière que cette eau passe par les défauts d'étanchéité du piston-tiroir dans son cylindre en rinçant les surfaces sur lesquelles des dépôts pourraient se former et en s'opposant à tout écoulement de réactif à travers lesdits défauts à la position de fermeture de la vanne. 2. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un hydro-éjecteur alimenté en eau sous pression et relié. à l'extrémité de sortie de réactif du cylindre en vue d'aspirer et d'entraîner le réactif admis dans ce dernier par le piston-tiroir en même temps que l'eau provenant de l'injection calibrée. 3. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que son piston-tiroir présente la forme d'une vis dont la profondeur à fond de filet va en décroissant régulièrement suivant sa longueur, cette vis étant orientée dans son cylindre de manière telle que 1'injection calibrée d'eau se trouve dans une zone à profondeur moindre que celle correspondant à l'amenée de réactif. 4. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que son piston-tiroir présente la forme d'une vis à pas suffisamment fin pour créer une perte de charge notable, fonction de-la position axiale de cette vis dans son alésage. 5. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le servo-moteur est constitué par un dispositif de vérin hydraulique à piston et à cylindre, le pi-ston-tiroir de la vanne étant directement solidaire de la tige du piston du vérin. 6. Vanne doseuse double, pour deux réactifs à introduire simultanément dans un même courant liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte deux éléments à piston-tiroir, servo-moteur et injection calibrée suivant la revendication 1, associés à un même hydroéjecteur suivant la revendication 2. 7. Installation de traitement de liquide par addition# de réac tifs à l'aide de vannes doseuses suivant la revendication 2, caractérisée en ce qutelle comprend en combinaison - une enceinte tubulaire de traitement dans l'une des extrémités de laquelle le liquide est injecté à grande vitesse en direction par une tuyère alimentée à partir d'une pompe, cette enceinte comportant à son autre extrémité une sortie de liquide traité - un convergent-divergent disposé à l'intérieur de l'enceinte pour recevoir le jet sortant de la tuyère et aspirer du liquide environnant en vue de le recycler de la sortie du divergent à l'entrée du convergent - des détecteurs disposés à l'extrémité de sortie de lten- ceinte pour mesurer les paramètres du liquide qui s y trouve, tels notamment que son pH, son Rh, sa température, etc... - des circuits électroniques transformant les signaux de ces détecteurs en courants d'asservissement ; - au moins une vanne doseuse propre à introduire un réactif dans ltextrémité de l'enceinte qui reçoit le liquide à traiter, cette vanne recevant l'eau sous pression nécessaire à son hydro-éjecteur à partir du refoulement de la pompe d'alimentation de la tuyère et et un systeme de commande du servo-moteur de ladite vanne, ce système étant actionné par le courant d'asservissement provenant des circuits électroniques. 8. Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que enceinte tubulaire renferme un déflecteur disposé en face de la sortie du convergent-divergent. 9. Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'enceinte comporte une seconde sortie disposée à un niveau supérieur à celui de la première, cette seconde sortie étant reliée au bassin d'alimentation, tandis que la première est équipée d'une électro-vanne qui se ferme quand le liquide traité ne présente pas les normes prévues, de manière que ce liquide soit alors renvoyé au bassin.