Brevet FR2459672A1 — publié le 19810116

I 2459672 - On sait déjà réaliser des dispositifs permettant de mettre en vibration des pièces métalliques, mais ces dispositifs, qui utilisent généralement soit un balourd tournant autour d'un axe, soit des forces électromagnétique se révèlent d'un usage diffi- cile lorsqu'on doit faire vibrer des éléments présentant des di- mensions importantes.. Les difficultés rencontrées sont surtout dues au fait que la masse des pièces vibrantes peut devenir très grande, ce qui li- mite rapidement la fréquence maximum pouvant être obtenue à l'ai- IO de d'une puissance obligatoirement limitée. La présente invention a pour objet un nouveau procédé pour faire vibrer à des fréquences déterminées des pièces pouvant pré- senter une surface relativement importante, procédé essentielle- ment caractérisé par le fait que l'on crée un volume comprenant I5 la ou les pièces qu'on désire mettre en vibration et qui sont re- liées de manière élastique aux parois du volume précité, que l'on fait circuler un liquide dans ce volume et que l'on interrompt ou limite périodiquement la circulation de ce liquide de manière à provoquer des ondes de choc successives qui, à leur tour, provo- quent la vibration à la fréquence correspondante des pièces vi- brantes montées élastiquement. Conformément à l'invention, il est possible d'assurer la circulation du liquide au moyen d'une pompe centrifuge et on peut provoquer les ondes de choc ou "coups de bélier" au moyen de sou- papes commandées mécaniquement et interrompant à intervalle régu- lier la circulation du liquide. Il est également possible de placer en parallèle plusieurs circuits comportant chacun des organes d'obturation actionnés à des fréquences différentes et agissant tous sur une même ou sur plusieurs pièces vibrantes. On peut ainsi, par la composition des mouvements vibratoires, imposer aux pièces vibrantes plusieurs fréquences prédéterminées. On peut enfin, conformément à l'invention, utiliser la cir- culation du liquide pour apporter de la chaleur aux pièces vi- brantes en réchauffant au moyen par exemple d'un échangeur de température le liquide qui transmet les vibrations. Dans une première variante du procédé selon l'invention, on crée la circulation du liquide à travers la soupape qui est fer- mée périodiquement et à travers le volume sur lequel est montée 2 2459672 élastiquement la surface vibrante au moyen d'un réservoir en char- ge situé à une hauteur suffisante pour que le liquide qui s'en écoule ait une vitesse suffisante.. Et après avoir provoqué les vibrations, le liquide peut être remonté dans le réservoir ini- tial à l'aide d'une pompe de type quelconque. Dans une seconde variante du procédé conforme à l'invention, on dispose sur le volume supportant élastiquement la surface vi- brante une amenée d'un fluide sous pression qui se détend dans un sifflet ou dispositif analogue, en créant des turbulences qui pro- IO voquent la vibration de la surface montée élastiquement. Conformément à l'invention, on pratique dans le volume en question des ouvertures suffisamment grandes pour permettre au fluide de s'échapper et faciliter ainsi la formation des turbu- lences qui provoquent les vibrations. I5 Dans cette variante du procédé, on peut réaliser plusieurs amenées de fluide sous pression sur un même volume supportant la surface vibrante, chaque amende de fluide débouchant dans un sif- flet qui provoque une turbulence à sa fréquence propre.. On voit qu'on peut ainsi imprimer à la surface vibrante des mouvements correspondant à la somme des fréquences élémentaires des diffé- rents dispositifs générateurs de vibrations. Il est également clair que selon l'invention on peut créer ces turbulences au moyen de divers fluides, tels par exemple que de la vapeur d'eau à une pression et une température convenable, ou de l'air comprimé.- On comprend que le procédé conforme à l'invention présente le grand avantage de limiter les masses en vibration aux seules pièces qui doivent subir ces vibrations, toutes les autres par- ties du dispositif étant fixées rigidement sur le bâti. Le procédé conforme à l'invention est susceptible d'être appliqué très avantageusement aux appareils permettant la con- centration des substances liquides, dans lesquels la substance à concentrer circule successivement sur une série de plateaux vi- brants et chauffés, situés dans une enceinte à basse pression. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va décrire maintenant à titre d'illustration et sans aucun caractè- re limitatif un mode de mise en oeuvre pris comme exemple et re- présenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin: la fig. I représente une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention; la fig. 2 est une vue en coupe schématique représentant un appareil à concentrer les liquides, utilisant le procédé de vi- bration conforme à l'invention; la fig. 3 représente schématiquement en perspective un mode de réalisation d'un dispositif générateur d'ondes de choc; la fig. 4 est une coupe selon IV-IV de la fig. 5 d'un dispo- IO sitif permettant d'interrompre périodiquement le débit du liquide; la fig. 5 est une coupe selon V-V de la fig. 4; la fig. 6 représente schématiquement en coupe un autre dis- positif permettant d'interrompre périodiquement le débit du li- quide; I5 la fig. 7 représente schématiquement une première variante de mise en oeuvre de l'invention; et la fig. 8 représente schématiquement une seconde variante de mise en oeuvre de l'invention. On voit sur la fig. I la surface vibrante I montée élasti- quement sur un carter fixe 2 au moyen de joints toriques 3 assu- rant l'étanchéité. Le carter 2 est relié à une première canalisa- tion rigide 4 comprenant une soupape 5 et une pompe de circula- tion 6 et à une seconde canalisation rigide 7 comportant également une soupape 8 et une pompe de circulation 9. Le sens de rotation des pompes 6 et 9 est tel que le liquide circule dans le sens des flèches F. On a représenté schématiquement comment les soupapes 5 et 8 sont entraînés au moyen des moteurs IO et II et des cames I2 et I3 qui leur assurent un mouvement d'ouverture lent et un mouve- ment de fermeture rapide. On comprend que lors de la fermeture brusque de la soupape, il se produit dans la canalisation correspondante une onde de choc ou "coup de bélier" qui se déplace dans le sens contraire à celui de la circulation du liquide et qui provoque le déplacement de la surface vibrante I lorsqu'elle arrive à son contact. On conçoit également que la surface I est ainsi soumise à une vibration dont la fréquence est imposée par le rythme de fermeture des soupapes surtout lorsque celui-ci correspond à la fréquence propre de vibration de la surface I. De même, on comprend que les deux circuits 4 et 7 ont pour effet d'imposer à la surface vibrante I des vibrations qui résul- tent de l'ensemble des ondes de choc imposées aux circuits par les différentes soupapes. Conformément à l'invention, on a représenté schématiquement un échangeur de chaleur I4 dans lequel on amène par la canalisa- tion I5 de la vapeur qui s'échappe par la canalisation I6 en chauffant le liquide de circulation qui libère une partie de sa chaleur sur la surface vibrante I. Io La fig. 2 représente schématiquement en coupe un appareil permettant la concentration des liquides, dans lequel des plateaux I sont situés les uns au-dessus des autres et sont enfermés dans une enceinte étanche I7. Chaque plateau I est monté élastiquement sur le carter 2 au moyen des joints toriques 3 qui assurent l'é- I5 tanchéité tout en permettant au plateau de vibrer. Les canalisa- tions I8 et I9 sont reliées aux points portant les mêmes numéros sur le schéma de la fig. I. On conçoit que les différents plateaux I peuvent être mis en vibration à l'aide du dispositif représenté sur la fig. I et on remarque que, conformément à l'invention, il est possible de pla- cer en dérivation plusieurs plateaux vibrants alimentés à l'aide du même liquide. La substance à concentrer est introduite dans l'appareil au moyen de la canalisation 20 et se trouve pulvérisée au-dessus du plateau supérieur. On fait le vide dans l'appareil en aspirant les vapeurs par la canalisation 2I. Le trop-plein du liquide con- tenu sur le plateau supérieur déborde dans le plateau inférieur comme représenté par les flèches 22, l'entonnoir fixe 23 servant à ramener ce liquide sur le plateau vibrant situé au-dessous. Après avoir parcouru un certain nombre de plateaux qui ne sont pas tous représentés sur le dessin, le liquide concentré se rassemble en 24 au bas de l'appareil. La fig. 3 représente comment il est possible de doubler la fréquence de vibration de la pièce vibrante en doublant le nombre des soupapes qui obturent la canalisation-dans laquelle circule le liquide. Il suffit pour cela d'entraîner par un même moteur Io deux soupapes 5 et 5a au moyen des deux cames I2 et I2a décalées de 900.. Un tel dispositif peut 9tre utilisé dans le cas o on désire obtenir des fréquences supérieures à celles auxquelles il est pos- sible de provoquer l'obturation d'une soupape, car on sait qu'à partir d'une certaine fréquence, les ressorts des soupapes sont incapables de provoquer correctement l'obturation. Les fig. 4 et 5 représentent schématiquement un dispositif permettant d'interrompre périodiquement la circulation. Ce dispositif comprend un carter fixe 24 comportant une- ca- nalisation d'arrivée 25 et une canalisation de départ 26 à l'in- IO térieur duquel tourne, dans un sens quelconque, un arbre 27 en- traîné par un moteur non représenté sur le dessin. Cet arbre est muni de bras 28 ayant à leur extrémité un ob- turateur 29 qui interrompt la circulation du liquide en passant devant l'endroit du carter 24 o débouche la canalisation d'éva- I5 cuation 26. On voit que la rotation à une vitesse donnée de l'arbre 27 permet d'interrompre la circulation du liquide à la fréquence correspondante. La fig. 6 représente schématiquement un autre dispositif per- mettant également d'interrompre périodiquement la circulation du liquide. On retrouve sur cette figure les canalisations d'amenée 25 et d'évacuation du liquide 26 qui sont reliées à un carter étanche dont la partie supérieure 3I a une forme cylindrique, dans le- quel se déplace un piston creux 32 entraîné dans un mouvement de va-et-vient par la bielle 33 et la manivelle 34 montée sur un ar- bre 35 qui est entraîné à une vitesse déterminée par un moteur non représenté. On comprend que le déplacement du piston creux 32 provoque la fermeture périodique du circuit à la fréquence choisie. On retrouve sur la fig. 7, qui représente une première va- riante de mise en oeuvre de l'invention, la surface vibrante I, montée élastiquement au moyen des joints 3 sur le volume fermé 2 dont la canalisation d'amenée I8 est reliée au réservoir 36 situé à une hauteur suffisante et dont la canalisation d'évacuation I9 aboutit à un réservoir 37 après avoir traversé la soupape 5 qui est entraînée au moyen d'une came, comme cela a déjà été expliqué. On a également représenté sur la figure une pompe 38 refou- lant dans le réservoir 26 au moyen de la canalisation. On a représenté dans cette variante un seul moyen d'obtura- tion constitué par la soupape 5, ainsi qu'une seule pièce vibran- te, mais il est clair que, conformément à l'invention, on peut placer plusieurs circuits en dérivation, de manière à imposer aux surfaces I une vibration de nature déterminée. La fig. 8 représente schématiquement une seconde variante de mise en oeuvre de l'invention, dans laquelle la surface vibrante I est montée élastiquement sur le volume 2 au moyen des joints tori- ques 3. Une canalisation 40 introduit à l'intérieur du volume 2 JO un fluide sous pression qui après avoir traversé un sifflet 4I, se détend en produisant une turbulence qui provoque la vibration de la surface I. Le volume 2 comporte un orifice 42 de grande section, de ma- nière à permettre l'évacuation facile du fluide qui s'est détendu I5 et à facilitez*.insi la création de la turbulence. On voit que le procédé selon l'invention permet de superposer plusieurs fréquences, ce qui est difficilement réalisable au moyen des dispositifs habituellement utilisés et que la masse des pièces vibrantes peut être réduite dans une très large mesure. Il est bien entendu que le mode de mise en oeuvre du procédé décrit cidessus ne présente aucun caractère limitatif et pourra recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, il est clair qu'on peut réaliser les ondes de choc à l'aide de dispositifs autres que des soupapes et qu'il suffit, pour mettre en oeuvre l'invention, de créer, à des fré- quences déterminées, des variations brusques de débit du liquide de circulation. Il est également évident que la liaison entre les surfaces vibrantes et les parties fixes du dispositif peut être réalisée par tout autre moyen. 6, R E V E N D I C A T I 0 N S. I) Dans une enceinte, o l'on introduit un liquide à trai- ter sous l'action de vibrations et sous des conditions de pressi5n et de température déterminées en fonction du traitement recherché sont disposés un ou plusieurs plateaux montés de telle sorte que le liquide à traiter puisse s'y étaler en ruisselant de l'un à l'autre par exemple en cascade. Selon cette première revendication, les surfaces planes constituent les plateaux récepteurs du liquide à traiter. 2) Ce volume rigide o circule le fluide destiné au trans- I0 fert de vibrations comporte en effet, selon l'invention, un orga- ne intégré au circuit, générateur des vibrations qui se propagent dans la masse du fluide jusqu'aux plateaux disposés selon le mode défini par la Revendication I. Si le fluide choisi pour la propagation des vibrations I5 est un liquide, l'organe générateur des vibrations, selon la Revendication 2, sera constitué, par une soupape ou un jeu de deux ou plusieurs soupapes actionnées mécaniquement et interrom- pant à intervalle régulier la circulation du liquide. 3) Si le fluide choisi pour provoquer les vibrations des surfaces élastiques des plateaux spécifiés en Revendication I, est un gaz sous pression remplissant le volume rigide, l'organe générateur de vibrations sera constitué d'un détenteur, sifflet ou dispositif analogue ayant pour effet de créer des turbulences qui provoquent la vibration des surfaces vibrantes à une fréquen- ce déterminée. 4) Le liquide à traiter pénètre dans le compartiment o, selon la Revendication I, il s'étale au dessous de la phase ga- zeuse aux conditions de pression et température bien définies. En cette situation, il subit l'effet des vibrations hydrodyna- miques générées selon la Revendication 2, et se diffuse comme un brouillard dans la phase gazeuse du compartiment. Cette diffusion en fines gouttelettes a pour effet de multiplier, par un coeffi- cient K IOn, le développement de la surface totale de l'inter- face liquide-vapeur. Ce phénomène permet de réduire, d'autant, la surface construite des plateaux entrant dans le calcul des investissements des appareils à évaporation. ) L'avantage du à l'effet des vibrations hydrodynamiques. générées au sein de la masse du liquide, selon la Revendication 2, sera d'autant plus grand que le phénomène de division en fines goutelettes (Revendication 3) sera obtenu plus rapidement et que les gouttelettes ainsi formées seront plus fines. Pour atteindre cet objectif, on dispose de la possibi- lité de placer, en parallèle, plusieurs circuits comportants chacun leurs propre organe réglable, générateur de vibrations, selon la Revendication 2, et de pouvoir ainsi moduler en les I0 composant entre eux judicieusement, de manière à obtenir l'effet optimal recherché. 6) Aux dispositifs réalisés selon les Revendications I,2, 3,4, il sera avantageux d'intégrer un échangeur de chaleur en contact avec le liquide du circuit, de manière à communiquer à I5 ce liquide et à maintenir, ou à faire évoluer selon un programme déterminé lors de son passage au sein du compartiment à double phase liquide-gaz, la température optimale demandée en vue d'obte- nir une évaporation aussi efficace que possible. 7) Le compartiment à double phase disposé selon la Reven- dication 1, pourra être raccordé dans sa phase gazeuse à une ou plusieurs tubulures d'évacuation de vapeurs produites, éventuel- lement dirigées vers7condenseurs et de là vers un réseau de dis- tribution du liquide purifié précédemment par évaporation dès gouttelettes obtenues selon la Revendication 3.