Brevet FR2365713A1 — publié le 19780421

La présente invention concerne un dispositif étrangleur pour eaux usées, en particulier pour eaux polluées contenant des matières solides, dans des conduites et canalisations fermées ou analogues. Le secteur domestique et l'industrieproduisent des quantités considérablesd'eaux usées qui ne devraient pas, en raison de la protection de l'environnement, être rejetées sans retraitement dans le circuit naturel d'eau. En raison des propretés particulières des matières que les eaux usées contiennent, des problèmes hydrauliques se posent dans les canalisations, les accumulateurs et les stations d'épuration. L'eau usée est agressive, elle charrie- des substances solides et des matières fibreuses ainsi que de grandes quantités de substances organiques et inorganiques. Des difficultés particulières apparaissent dans un système d'eaux usées dans lequel l'écoulement doit etre étranglé. A cet égard, on connatt deux méthodes : la réduction de la section transversale duveourant par des dispositifs du type à diaphragmes ou-à buses ainsi que l'engendre- ment de pertes par frottement au moyen de longs parcours d'étranglement. Aucun de ces dispositifs ne convient en pratique, lorsque le débit doit être étranglé de manière à atteindre de petites valeurs. Les dispositifs se bouchent, s'ensablent ou se remplissent de boue et ne peuvent pas maintenir le calibrage. On a constaté maintenant qu'un dispositif étrangleur à tourbillonnement, de construction appropriée, peut procurer certains avantages.L'action d'étranglement d'un tel dispositif résulte de l'effet giratoire d'un courant tourbillonnant. Il permet d'éviter les rétrécissements importants de section ainsi que les grandes longueurs de frottement et les éléments mobiles. On connatt des dispositifs étrangleurs à tourbillonnement pour réaliser des pertes de pression dans les fluides, par exemple par le brevet allemand IF 507.713. Ils sont appliqués de fagon di- versesen technique, mais pour des fluides propres, où les problèmes intervenant dans les eaux usées fortement sales, à teneur en substances solides, ne sont pas du tout abordés. Le dispositif étrangleur pour eallx usées, selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de tourbillonnement sensiblement plate et symétrique en rotation, dans l'enveloppe externe de laquelle débouche une buse d'admission décalée parallèlement par rapport à la direction radiale, un orifice de sortie étant aménagé du côté inférieur, dans le fond de ladite chambre. On a constaté qu'un simple dispositif étrangleur à chambre de tourbillonnement de ce type convient extrème ment bien pour étrangler le débit de systèmes d'eaux usées. Il n'est pas nécessaire de prévoir des possibilités particulières de commande telles que, par exemple, des buses de commande. Il suffit d'avoir une seule buse d'admission et un orifice de sortie. Généralement, la chambre de tourbillonnement est disposée de façon horizontale. A sa périphérie externe, la chambre est sensiblement ronde ou de forme symétrique en--rotation, bien qu'en particulier dans la zone de la buse d'admission, des divergences soient possibles. Du fait de la disposition décalée par rapport à la direction radiale, de la conduite d'admission, en particulier lorsque l'admission des eaux usées est tangentielle, il se produit dans la chambre de tourbillonnement un courant giratoire à forte accélération d'écoulement en direction de la sortie.La vitesse élevée d'écoulement dans la zone de l'orifice de sortie est responsable de l'action d'étranglement. Les forces centrifuges dans les eaux usées forment un noyau creux de tourbillon. Lorsque ce noyau est aéré, l'influence d'un reflux dans la conduite de sortie peut être réduite. Le courant tourbillonnant est extrtmement peu turbulent, les lignes de parcours du courant formant des spirales.En raison de la régularité du champvdes vitesses d'un tourbillon, les matières fibreuses, les matières en suspension ainsi que les substances solideslsont véhiculées vers la sortie de façon plus certaine Aucun dépôt ne se forme dans la char.1bre. êe les corps interférents volumineux tels que les pierres, les morceaux de bois,etc.,sont correctement éliminés. Ce fonctionnement exempt de perturbations s'explique par la qualité du dispositif étrangleur à tourbillonnement, à savoir l'effet dit d'autonettoyage. Chaque perturbation du courant tour billonnant par des corps étrangers Lorsque ceux-ci se bouchent, il réduisent le débit. Le dispositif étrangleur pour eaux usées selon l'invention peut être réalisé de façons très diverses tout en conservant toujours le même mode de fonctionnement. Les constructions plus simples et de fabrication plus aisée sont appliquées généralement là où il-n1est pas nécessaire d'atteindre un rendement maximal de l'action d'étranglement. Par une réalisation plus appropriée du point de vue de la technique de l'écoulement, de la chambre à tourbillonnement, sur quoi l'on reviendra encore ci-après, il est possible d'atteindre des rendements allant jusque 99% . ( Compte tenu d'une réduction du débit de 10% qui interviendrait sans étranglement). D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif, de plusieurs modes d'exécution, avec référence aux dessins, dans lesquels La figure 1 représente une vue en plan d'un dispositif étrangleur à chambre de tourbillonnement, selon l'invention, La figure 2 représente une vue en élévation latérale, partiellement en coupe, du mode d'exécution selon la figure 1, Les figures 3 a 5 représentent des possibilités visant à compléter le mode d'exécution de la figure 1 et Les figures 6 à 13 représentent des possibilités de modification des modes d'exécution ci-dessus. Dans le mode d'exécution selon l'invention représenté aux figures 1 et 2, on a une chambre de tourbillonnement 1 cylindrique, plate, disposée horizontalement. Dans l'enveloppe externe 2 de la chambre 1, débouche tangentiellement une seule buse d'admission 3. Celle-ci est réalisée sous form#e de tubulure à section circulaire, dont le diamètre a environ 200 rryii et n'est que faiblement plus petit que la hauteur libre de la chambre 1. Le diamètre de la chambre est cinq fois plus élevé que celui de la buse d'admission 3 et a environ 1 mètre.La chambre présente un couvercle plat amovible 4 qui est muni d'une tubulure d'aérage 5 disposée dans l'axe de rotation de la chambre 1, dont le diamètre interne est de 50 myn. Ce diamètre est plus petit que le diamètre du noyau d'air qui, au fonctionnement de l1étrangleur à chambre de tourbillonnement 1, se forme à l'orifice de sortie 7. Un orifice de sortie 7 est aménagé dans la face inférieure, c'est-à-dire dans le fond 6 de la chambre, cet orifice aboutissant dans une tubulure axiale 8 dirigée vers le bas, tubulure dont le diamètre est sensibler:lent aussi grand que le diamètre maximal de l'orifice de sortie 7. La tubulure 8 est recourbée horizontalement à une faible distance en dessous de la chambre 1, où elle débouche dans une conduite tubulaire ou une conduite ouverte ( non représentée). Dans le mode d'exécution représenté, le diamètre ou la section de l'orifice de sortie 7 peut être modifié au moyen d'anneaux limitateurs amovibles 9 et cela de manière à correspondre à environ 0,5 fois à 2 fois le diamètre ou la section de la buse d'admission 3. Le diamètre de la buse de sortie pourrait également être plus petit que le diamètre de la buse d'admission 3,mais il est préférable de la réaliser plus grande afin que les matières solides qui pénètrent dans la chambre par la buse d'admission puissent dans tous les cas sortir de la chambre par la buse de sortie, A l'inté rieur, la chambre présente des parois 10 lisses, de sorte que les matières solides ne puissent d'aucune façon y adhérer et que les pertes d'écoulement dans les couches limites soient faibles. Le dispositif étrangleur pour eaux usées fonctionne de la manière suivante : l'eau usée, quipeut entrainer des matières solides allant jusqu'à la grandeur de la section de la conduite d'admission à -la buse d'admission ou de la buse d ' aclanission, arrive tangentiellement dans la chambre 1 et crée dans la chambre un courant tourbillonnant en forme de spirale à très faible turbulence. Plus petites sont les matières solides que contient l'eau usée, plus la spirale est étroite, c'est-à-dire plus de fois le courant admis tourne avant de quitter la chambre 1, à l'endroit du fond de la chambre 6, par la buse de sortie 7. Le degré d'étranglement, c'est-à-dire la résistance qu'oppose le dispositif étrangleur, est donc dépendant du temps de séjour de l'eau dans la chambre, ce qui, à son tour, dépend du rapport entre le diamètre de la buse d'admission 3 et le diamètre de la chambre 1. On atteint le meilleur rendement pour un rapport des diamètres d'environ 1 : 5, le rendement étant alors d'environ 90%. Ce rendement peut être influencé par une variation du diamètre de l'orifice de sortie. La tubulure d'aérage 5 permet queopendant le fonctionnement du dispositif étrangleur, de l'air soit aspiré en raison de la dépression qui se crée au-dessus de l'ouverture de sortie 7; cet air sert à charger en oxygsè- ne l'eau usée. La tubulure 5 permet.égaîement un contrôle optique et acoustique de l'état de fonctionnement de la chambre à tourbillonnement. La chambre à tourbillonnement 1 convient tout particulièrement pour étrangler l'écoulement des bassins de retenue, des bassins à débordement pour eau de pluie, des bassins collecteurs et des trop-plein dans les réseaux d'égouts , étant donné qu'elle fonctionne sans entretien et sans apport d'énergie. Les matières interférentes de petites dimensions telles que le gravier, le sable, le papier, les matières fibreuses, les pièces métalliques et analogues sont mises en mouvement tourbillonnant avec l'eau dans la chambre et sont transportées hors de celle-ci sans qu'il nty ait d'engorgement. Il se crée un courant descendant radial à débit élevé et faible résistance d'écoulement qui rejette les matières solides et nettoie automatiquement la chambre, de sorte qu'ensuite, aussitôt, le tourbillon peut se recréer â.nou- veau de lui#meAme. Aucun moyen auxiliaire mécanique n'est ici requis. Si on le désire, on peut disposer deuX ou plus de deux dispositifs étrangleurs en série ou en parallèle. Si l'on dispose deux mêmes dispositifs étrangleurs en série, on augmente, dans ce cas, l'étranglement de 1,75 fois. D'autres possibilités et modifications de réas lisation du dispositif étrangleur à chambre de tourbillonnement, pouvant être combinées entre elles, résultent des variantes d'exécution représentées aux figures 3 à 12. Si on veut par exemple faire passer, à l'occasion, un courant d'eau non freiné par les conduites d'admission et de sortie de la chambre de tourbillonnement 1 pour nettoyer l'ensem- ble du système, il est possible de supprimer l'action d'étranglement de la chambre de tourbillonnement 1 en plaçant verticalement dans la chambre, une planche 11 si étendant à travers la section totale de la chambre, et servant de perturbateur du mouvement giratoire, planche qui peut, par exemple, aboutir tangentiellement à l'orifice d'écoulement 7. Le placement peut être réalisé facilement après avoir soulevé le couvercle 4de la chambre.#Il n'est dès lors plus possible qu'un tourbillon se crée dans la chambre 1, de sorte que l'eau s'écoule sans perte de charge à travers la chambre et la buse de sortie 7. Le débit s'élève alors de 6 à 8 fois par rapport au débit freiné. Il est également possible, en tant qu'alternative, de prévoir une conduite spéciale de rinçage 12, comme cela est représenté à la figure 4. La conduite de rinçage 12 aboutit dans la chambre également sensiblement tangentiellement, mais dans le sens de rotation qui est opposé à celui résultant de la buse d'admission 3. Par l'ouverture d'une vanne de rinçage 13 prévue dans la conduite de rinçage 12, on peut dévier un courant de la conduite d'admission 3 dans la conduite de rinçage 12, courant qui détruit le tourbillon dans la chambre 1 et abaisse ainsi la résistance de passage dans la chambre 1. Comme le représente la figure 5, on peut prévoir encore un poste de mesure de la pression à tubes palpeurs 14 dans la conduite d'admission à la buse d'admission 3. En injectant de l'air, on peut, dans ce cas, mesurer de façon simple la pression dynamique avant la chambre de tourbillonnement 1 sans qu'il soit nécessaire d'avoir des pièces mécaniques ou des pièces perturbant l'écoulement. Par la mesure de la pression dynamique, on peut,dans ce cas, tirer des conclusions, par exemple concernant le débit, les engorgements éventuels ou d'autres perturbations dans le- courant d'admission vers la chambre de tourbillonnement 1. La réalisation selon la figure 6 indique que la conduite d'admission 3 peut également être décalée parallè lementendirection du centre de la chc bre, par rapport à la disposition tangentielle du mode d'exécution selon la figure 1. Ce décalage permet une variation progressive de l'action d'etranglemert, en ce sens que plus la conduite d'admission 3 est décalée par rapport à la tangente, plus faible est la giration dans le dispositif étrangleur, pour une grandeur identique de celui-ci. Ce mode de construction est plus approprié à la fabrication que celui de la figure 1 étant donné qu'il est plus facile de monter une conduite d'admission 3 à front raide sur la paroi de la chambre.Il ne sera toutefois appliqué que lorsqu'il n'est pas nécessaire d'attacher de la valeur à mi étranglement maximal. Au contraire, par une disposition excentrée de l'orifice de sortie 7, conne cela est représenté à la figure 7, on peut obtenir une amélioration de l'action d'étranglement par rapport au mode d'exécution selon la figure 1. Dans ce cas, l'orifice de sortie est décalé du centre du fond de la chambre 6, d'environ la moitié du -diamètre de l'orifice de sortie 7, le long d'une ligne à l'écart de la buse d'admission 3 qui diverge d'environ 150 de la perpendiculaire à l'axe de la buse d'admission. De cette manière, on tient compte de la forme en spirale du courant giratoire dans la chambre 1.On peut améliorer encore palus l'action d'étranglement en réalisant l'enveloppe externe 2 de la chambre, elle-môme, sensiblement en spirale, de façon correspondante a la première spire de la spirale ( figure 8). Une autre amélioration consiste, confonnément au mode d'exécution selon la figure 9, en ce que l'envelop- pe externe 2 de la chambre 1 est recourbée de façon corresdante au rayon de la conduite d'amenée de la buse dwadmis- sion 3. Les modes d'exécution selon les figures 8 et 9 peuvent avantageusement etre réalisés sous forme de pie Ces de fonderie. Il est également possible de faire varier la conformation du fond de la chambre# 6, et de orifice de sortie 7. Un fond 6 incliné par rapport à l'orifice de sortie 7, comme cela est représenté à la figure 10, facilite l'ex- pulsion de matières solides lourdes. Ce mode d'exécution est avantageux lors d'une forte production de sédiments. Le fond 6 de la chambre peut être également courbe, de façon convexe ou concave. La chambre de tourbillonnement selon l'invention présente déjà en soi une faible différence de niveau centre la buse d'admission 3 et l'orifice de sortie 7. Dans des cas particuliers, lorsque la buse d'admission 3 et la conduite d'écoulement allant plus loin doivent être disposées à la même hauteur, par exemple lorsqu 'il fàut placer un dispositif étrangleur à chambre de tourbillonnement après coup, dans une conduite déjà existante, le tube 8 raccordé à l'orifice de sortie peut être recourbé'vers le haut à la hauteur de la buse d'admission 3, au moyen d'un siphon. Tout comme dans les autres modes d'exécution dans lesquels un tube fermé est raccordé à l'orifice de sortie 7, ce mode d'exécution comporte avantageusement un aérage 5 sur le couvercle de chambre 4 afin d'éviter un effet de réaction-- du courant giratoire. Il en est autrement lorsque l'ouverture de sortie 7 débouche directement à l'atmosphère, comme cela est représenté schématiquement à la figure 12, ou lorsque seulement une courte tubulure directioniielle 8 est prévue autour de l'orifice de sortie 7.Dans ce cas, il n'y a pas de possibilité de réaction, c'est-a-dire que la chambre de tourbillonnement 1 travaille de façon complètement indépendante d'une manière suivant laquelle l'eau usée s'écoule derrière la chambre de tourbillonnement 1. En conséquence, ce mode d'exécution est particulièrement avantageux. Dans le mode d'exécution selon la figure 13, la chambre do tourbillonnement 1 est élargie à l'endroit de l'entrée de la buse d'admission 3, suivant sa périphé rie externe, par un coin rectangulaire 15. De cette manière, il est possible d'avoir une entrée verticale par rapport à l'enveloppe externe 2,de sorte que la buse d'admission peut entre plus facilement montée sur la chambre. Pour le restant, l'enveloppe externe s'étend de façon symétrique en rotation autour de l'orifice de sortie 7 et, en conséquence, la ré sistance à ltécoulement,du dispositif d'étranglement, ##### que faiblement modifiée. Comme il va de soi et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution plus spécialement envisagés; elle embrasse, au contraire, toutes les variantes. RENENDICATIOItTS 1. Dispositif étrangleur pour eaux usées, en particulier pour eaux usées polluées contenant des matières solides, dans des conduites et canalisations fermées ou analogues, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de tourbillonnement (1) sensiblement plate et symétrique en rotation , dans l'enveloppe externe de laquelle débouche une buse d'admission (3) décalée 'parallèlement par rapport à la direction radiale, un orifice de sortie(7) étant aménagé du côté inférieur, dans le fond (6) de la dite chambre. 2. Dispositif étrangleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de tourbillonnement (1) a la forme d'un cylindre plat. 3. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fond (6) de la chambre (1) est incliné vers le bas en direction de l'orifice de sortie -(7). 4. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la buse d'admission (3) débouche de façon sensiblement tangentielle dans l'enveloppe externe (2). 5. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendicatiqns 1 à 4, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie (7) est disposée dans la face inférieure de la chambre de tourbillonnement (1), dans l'axe de rotation de la chambre. 6. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diamètre de la chambre (1) est au moins deux fois et de préférence au moins quatre à six fois aussi grand que le diamètre de la buse d'admission (3). 7. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la buse d'admission (3) présente sensiblement la même hauteur que la chambre (1). 8. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le diamètre de l'orifice de sortie (7) est de G,5 à 2 fois, et de pré férence de la même valeur que le diamètre de la buse d'admission (3). . Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre (1) présente un diamètre d'environ 0,5 à 2 mètres, de préférence d'environ 1 mètre. 10. Dispositifétranglcur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (7) est constitué par une ouverture dans le fond (6) de la chambre. 11. Dispositif-étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le diamètre de l'orifice de sortie (7) peut être modifié, de préférence au moyen d'anneaux (a) amovibles, pouvant, avantageusement, être librement posés. 12. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 a il 11, caractérisé en ce que la chambre (1) comprend un couvercle (4) plat#amovible. 13. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'un orifice d'aérage (5) est prévu dans le couvercle de la chambre. 14. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la paroi (2) de la chambre est réalisée, en se conformant à la forme naturelle en spirale du tourbillon, en tenaft compte de la buse d'admission (3), suivant une spire on forme de spirale de préférence logarithmique, en coupe horizontale. 15. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 a 14, caractérisé en ce que la paroi (2) de la chambre est évasée en forme d'arcs on coupe verticale. 16. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications1 à 15, caractérisé en ce qu'un agencement (11, 12, 13) de perturbation du mouvement giratoire est associé à la chambre (1), cet agencement comprenant, de préfé- ronce, une planche (11) pouvant ôtre disposée de façon transversale dans la chambre. 17. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture à tube (14) est prévue dans la conduite d'amenée à la buse d'admission (3), pour la réalisation d'un point de mesure à fonctionnement de préférence pneumatique. 18. Dispositif étrangleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'il est utilisé dans des conduites d'écoulement de bassins pour eaux usées. 19. Dispositif étrangleur selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il est utilisé en association avec un bassin de retenue d'environ 1 à 4 mètres de haut et une capacité de 100 à 1.000 m3.