Brevet FR2441408A1 — publié le 19800613

L'invention concerne des dispositifs de filtration perforés, et en particulier des filtres pour puits d'eau. Les filtres pour les puits d'eau sont fabriqués de façon classique à partir de substances métalliques comme le fer, l'acier, etc..., qui sont facilement sensibles à l'attSue par électrolyse et érosion, ce qui affaiblit la structure du filtre et qui entrain le dépôt de substances étrangères dans l'eau. En outre, l'écoulement constant de particules abrasives, comme le sable en suspension, fait que les substances non métalliques plus molles s'érodent. Dans les puits d'eau de la plus grande variété, comme ceux utilisés pour les besoins de l'industrie et de l'irrigation, ces dispositifs sont généralement très grands et en conséquence très coûteux. La réparation de tels puits d'eau importants est également nécessitée quand les filtres s'y détériorent, et de telles réparations sont des entreprises très conteuses et très longues.Donc, les filtres pour puits sont de préférence construits à partir d'un matériau qui est pratiquement insensible à la corrosion et à l'érosion. Le filtre doit également etre résistant et rigide pour supporter la charge de. compression axiale provoquée par le poids des canalisations verticales interconnectées du puits, la compression radiale due au poids du matériau du lit déplacé, en particulier dans les puits dont les parois sont en gravier, et la contrainte de courbure due à la charge de compression irrégulière, comme le déplacement de portions du lit de gravier. Les filtres pour puits en filament de verre ont été utilisés pour résoudre les problèmes de corrosion et d'érosion inhérents aux filtres pour puits fabriqués à partir de matériaux métalliques. Cependant, les filtres en filament de verre ne pouvaient pas etre formés économiquement et industriellement en combinant des ouvertures de forme précise, pour un pompage efficace, et une résistance mécanique suffisante pour qu'ils soient largement acceptés dans l'industrie. Pour obtenir les caractéristiques de résistance mécanique nécessaires dans les filtres en filament de verre, il est impératif que les filaments de verre soient fixés sous tension et cue de préférence l'unité soit formée à partir d'un brin de filament de verre continus. Pour obtenir une structure à filament continu, le filament doit être enroulé sous tension sur un mandrin qui a été façonné de façon précise pour former très exactement les ouvertures de filtration désirées. Quand le filament sous tension est enroulé aux extrémités du mandrin, la tension des fibres fait qu'elles se déplacent axialement vers l'intérieur d'une manière élastique vers le centre du mandrin, et il y a du jeu aux extrémités. Les portions terminales avec un filament non tendu doivent ensuite autre découpées pour que l'on atteigne dans l'élément enr#oulé une zone tendue, en détruisant ainsi la caractéristique d'enroulage continu et en perdant la résistance mécanique que l'on désire en obtenir. Les buts principaux de la présente invention consistent : a fournir un filtre de puits ayant une résistance améliorée vis-a-vis de la corrosion, de l'érosion et des causes similaires de dégradation de la structure et une résistance mécanique améliorée et une rigidité améliorée, et ayant également des ouvertures formées de façon précise pour un pompage efficace de l'eau. ; à fournir un tel filtre de puits dont la fabrication est économique, l'utilisation efficace, la durée de fonctionnement longue, et qui soit particulièrement bien adapté pour l'utilisation prévue. Selon l'invention, il est fourni un procédé de fabrication d'un dispositif de filtration autoporteur, perforé et de forme cylindrique, qui consiste : à mouiller une série de filaments de verre solides avec une résine synthétique thermodurcissable liquide; à réunir lesdits filaments mouillés en un brin continu ; a prévoir un mandrin ayant une première et une deuxième série de rainures qui s'arrêtent un peu avant les extrémités du mandrin de sorte que lesdites extrémités ont des surfaces périphériques exemptes desdites rainures, les deux séries comportant plusieurs rainures parallèles, espacées axialement et de forme hélicoldale, les rainures de ladite première série étant orientées dans le sens des aiguilles d'une montre et coupant les rainures orientées dans le sens contraire de ladite seconde série ; à tendre ledit brin a à enrouler ledit brin sous tension dans une rainure de ladite première sérieedtune extrémité dudit mandrin à l'autre extrémité ; à ancrer ledit brin tendu en le fixant par frottement à la surface périphérique de l'autre extrémité du mandrin pour maintenir la tension dans le dernier segment enroulé dudit brin ; à inverser le sens dudit enroulement ; a enrouler ledit brin sous tension dans une rainure de ladite seconde série a partir de ladite/extr#mit8 jusqu'a ladite première extrémité ; à ancrer ledit brin tendu en le fixant par frottement à la surface périphérique de la première extrémité du mandrin pour maintenir la tension dans le dernier segment enroulé dudit brin ; et à répéter lesdites étapes d'enroulement, d'ancrage et d'inversion jusqu'à ce que chacune desdites rainures de la première et de la seconde séries soit remplie jusqu'à un point prédéterminé en dessous du bord supérieur desdites rainures, par lesdits brins tendus qui sont noyés et réunis dans une matrice de résine synthétique ; à durcir lesdits brins tendus pendant qu'ils sont placés sur ledit mandrin ; et à enlever le mandrin desdits brins durcis. L'invention sera particulièrement décrite en se référant aux dessins annexés dans lesquels sont représentés à titre d'illustration et d'exemples certains modes de réalisation. Dans les dessins la figure 1 est une vue en perspective fragmentaire d'un dispositif de filtration perforé selon un mode de réalisation de la présente invention et comportant des moyens à chaque extrémité permettant de réunir axialement des éléments de filtration de forme similaire la figure 2 est une vue en coupe du dispositif de filtration prise à travers sa paroi le long d'un plan parallèle à l'une des séries de nervures.; la figure 3 est une vue en coupe fragmentaire agrandie du dispositif de filtration, prise latéralement à sa paroi la figure 4 est une vue en coupe fragmentaire agrandie du dispositif de filtration représentant particulièrement les portions de nervures sécantes et prise le long de la ligne 4-4 de la figure 2 ; ; la figure 5 est une vue en perspective fragmentaire d'un autre mode de réalisation de la présente invention, ayant une surface extérieure à pointes la figure 6 est une vue en coupe fragmentaire du dispositif de filtration à pointes, prise selon un plan parallèle à l'une des séries de nervures la figure 7 est une vue en coupe du mode de réalisation à pointes prise le long d'un plan parallèle à l'autre série de nervures la figure 8 est une vue en coupe, partiellement sous forme de diagramme, d'un appareil de fabrication du filtre depwts, selon un procédé mettant en oeuvre la présente invention la figure 9 est une vue en élévation de haut fragmentaire de l'appareil représenté sur la figure 8 la figure 10 est une vue en perspective fragmentaire d'un mandrin utilisé avec l'appareil de la figure 8 ; et la figure 11 est une vue en coupe verticale du mandrin, prise selon la ligne 11-11 de la figure 10. Considarons les dessins plus en détail. Le numéro de référence 1 désigne de manière générale un dispositif de filtration perforé ayant un corps 2 autoporteur tubulaire et cylindrique comportant une série d'ouvertures 3 espacées et de forme précise. Le dispositif de filtration comprend un réseau de nervures allongées et hélicoldales 4 qui sont séparées en une première et une seconde séries orientées de façon opposée, 5 et 6 respectivement. Chaque nervure 4 a une forme hélico5dale et comprend des parois latérales opposées 10, une surface radialement interne 11 et une surface radialement externe 12. En fonctionnement, un vide est créé à l'intérieur du dispositif de filtration par un mécanisme de pompage non représenté et l'eau du puits est ainsi amenée à s'écouler par les ouvertures 3, de la face extérieure 12 vers la face interne 11. Les parois latérales opposées de chaque nervure 4 convergent de préférence vers l'intérieur du corps 2, de sorte que des objets ne viennent pas s'emprisonner dans les ouvertures en limitant l'écoulement par ces ouvertures. Dans la structure représentée, les surfaces 11 et 12 ont une forme légèrement arquée pour améliorer la rigidité du filtre.Les coins 13 des nervures peuvent être arrondis (ce qui n'est pas représenté) pour améliorer les caractéristiques d'écoulement de fluide dans les ouvertures. Chacune des nervures 4 comprend une série de fibres ou filaments 14 de verre, orientées axialement, non perforées ou pleines, qui sont reliées et noyées dans une matrice de résine ou de matière plastique durcie 15, sous tension. Sur les figures 3 et 4, le numéro de référence 14 désigne l'un quelconque des filaments de verre de forme similaire, y compris les segments disposés transversalement et qui sont dans la direction de la ligne principale ainsi que ceux coupés par le plan de coupe 4-4 et ayant une coupe circulaire dans le plan de la page. Les fibres de verre sont disposées en faisceaux 16 dans lesquels un revêtement de résine est place autour de chaque filament pour empêcher l'abrasion entre toutes les fibres de verre.Dans cet exemple, les faisceaux sont en forme de rubans placés en rangées disposées de façon espacée et substantiellement parallèles entre les faces 11 et 12 des nervures. Le long de l'axe axial de la nervure, les surfaces 11 et 12 sont arquées et se conforment à la forme tubulaire cylindrique du corps 2. Les nervures 4 sont disposées dans un réseau et comprennent la première et la seconde séries de nervures 5 et 6. Chaque série de nervures comprend plusieurs nervures parallèles les unes aux autres et espacées axialement. Les nervures de la première série sont orientées dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'on les regarde à partir de l'extrémité 17, et sont reliées au point d'intersection 20 aux nervures de la seconde série 6 qui sont orientées dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Les nervures se coupent d'une manière qui permet la formation des ouvertures 3 dont la forme en coupe est un quadrilatère. Comme mieux représenté sur la figure 4, les nervures sont entrelacées à chaque point d'intersection 20 pour améliorer la résistance mécanique et la rigidité.De préférence, les nervures de la première série 5 sont continues et font partie intégrante des nervures de la seconde série 6. La première et la seconde séries 5 et 6 peuvent être toutes deux orientées àun quelconque angle choisi pour satisfaire les besoins de contraintes axiale et radiale de l'application particulière. Par exemple, si le dispositif de filtration 1 doit supporter le poids d'un revêtement de puits vertical, les deux séries de nervures 5 et 6 devront avoir de préférence une inclinaison relativement importante, comme un angle de 80 x 800 pour supporter la charge axiale intense.Si l'on prévoit des contraintes circulaires élevées, l'inclinaison d'au moins l'une des séries doit être relativement faible, de l'ordre d'une inclinaison de 150 par rapport à l'axe central, pour donner au corps un support radial suffisant. Dans la structure représentée, les deux séries sont orientées à un angle de l'ordre de 600 par rapport à l'axe central du dispositif. Le nombre et la dimension des nervures 4 dans chaque série peuvent également être modifiés pour ajuster la forme des ouvertures 3 et pour satisfaire des exigences de filtration particulière5. Dans un exemple, la largeur d'une nervure de la première série est égale à la moitié de la largeur d'une nervure de la seconde série, mais le nombre total des premières est double de celui des secondes.De préférence, les séries se coupent à un angle autre que 900, ce qui permet d'obtenir une surface de contact plus grande entre les faisceaux 16 à chaque point d'intersection 20, en renforçant ainsi la structure du corps. Le dispositif de filtration comprend respectivement des première et seconde extrémités 17 et 23, qui comprennent chacune un élément de réunion 24 permettant de relier deux ou plusieurs de tels dispositifs bout à bout et de façon hermétique. Le joint peut comporter un quelconque mécanisme de fixation et dans cet exemple est représenté comme étant un dispositif came-patte, comme celui décrit dans le brevet des E.U.A. No. 3 701 548. Un autre mode de réalisation de la présente invention, désigné de manière générale par le numéro 25 ( figures 5, 6 et 7 ), comprend une surface extérieure 26 irrégulière à pointes qui augmente la résistance mécanique du dispositif de filtration et l'efficacité du pompage. La surface extérieure irrégulière 26 empêche la formation de l'effet d'interface de parois lisses qui réduirait l'écoulement de fluide latéral et vertical dans le dispositif de filtration. Le mode de réalisation de filtration à pointes 25 est similaire au mode de réalisation préalablement décrit et comporte des nervures 27 disposées en une première et une seconde série 28 et 29 respectivement qui forment entre elles des ouvertures tronconiques à sommet pyramidal 30.Chaque nervure comprend des parois latérales opposées 31 qui, dans la structure représentée, convergent dans une direction radialement interne de la surface extérieure 26. Une face interne 32 de la nervure 27 est de préférence légèrement arquée, et les surfaces extérieures 33 s'incurvent vers le haut à partir des bords extérieurs 34 jusqu'à une portion centrale 35. D'une manière similaire, les nervures de la seconde série 29 ont des surfaces arquées 36 et forment une pointe à chaque point d'intersection 37 avec les nervures de la première série 28. Un procédé de fabrication du dispositif de filtration perforé comprend l'utilisation d'un dispositif comme celui représenté sur la figure 8. Plusieurs dévidoirs 39 sur chacun desquels est e * ulE un filament de verre, sont portés par une structure appropriée 40. Les fibres ou fils 41 de verre sont enroulés hélicoldalement sur les dévidoirs de façon à ce qu'ils puissent en être enlevés facilement. Chaque fil 41 est tiré de son dévidoir correspondant 39 et passe dans une ouverture appropriée 42 dans une plaque de guidage 43 qui est montée à l'arrière d'un récipient allongé approprié 44 comportant une filière 45 de réunion à ouverture à son extrémité distale. Transversalement au récipient ou réservoir 44 est montée une série de barres d'acier 47 horizontales et lisses qui sont placées sous la surface de la résine ou de la matière plastique liquide 48. Plusieurs fibres ou fils de verre 41 sont tires dans le rgcwp'ent 44 ct passent cntre les tiges 47, en étant ainsi soigneusement mouillés ou imprégnés de la résine.Les filaments mouillés sont ensuite réunis en un brin ou faisceau 49 continu à l'aide de la filière 45. Un mandrin ou une forme cylindrique 50 ( figure 10 ) est monté rotatif sur un axe 51 à la façon d'un tour. La forme 50 comporte un réseau de rainures hélicoidales 52 qui correspondent aux nervures 4 du dispositif de filtration perforé et sont conçues pour les former. La première et la seconde séries de rainures 53 et 54 respectivement comprennent chacune plusieurs rainures 52 parallèles les unes aux autres et espacées axialement. Les rainures de la première série 53 sont orientées dans le sens des aiguilles d'une montre et coupent les rainures orientées dans le sens contraire de la seconde série 54.La forme 50 peut être construite d'une manière classique avec un centre creux et plusieurs segments radiaux qui s'écrasent vers l'intérieur quand on les détache les uns des autres, et dans la structure représentée, elle est formée d'un matériau liquéfiable, comme une cire qui a été mise en forme à l'aide d'un moule ( non représenté ). La forme comprend des éléments terminaux axiaux 55 ayant une surface 56 dépolie ou moletée. Un élément cylindrique interne 57 sert de support à la forme et comprend une tige 58 en faisant saillie et destinée à la fixation au mécanisme de rotation. La forme 50 est mise en rotation, par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre, comme illustré par la flèche de la figure 8, et de ce fait, le brin 49 est enroulé sous tension dans une rainure de la première série 53. Un guide de translation 60 amène le faisceau dans la rainure d'une extrémité 61 du mandrin à l'autre extrémité 62. Le guide représenté 60 comprend plusieurs mandrins formant des fibres 63 qui sont montés coulissant dans le guide. Chacun des mandrins 63 est mobile d'une position rétractée où il est espacé du brin 49 à une position allongée où le mandrin touche le brin et le forme sélectivement. Dans la structure représentée, le brin 49 est formé de quinze filaments de verre, et l'un des mandrins 64 a une forme telle qu'il divise le brin en trois portions égales de cinq filaments de verre chacune. Un second mandrin 65 est formé de façon à aplatir le brin 49 en un ruban dans lequel les filaments de verre sont placés l'un à côté de l'autre, et un troisième mandrin 66 est prévu pour réunir et former les filaments en un seul brin. Les mandrins 63 fonctionnent indépendamment à l'aide de cylindres pneumatiques qui peuvent rapidement les faire passer de la position rétractée à la position allongée en un temps de l'ordre de 0,005 seconde. Lorsque le brin 49 passe sur l'extrémité 67 de la rainure 52, le guide 60 arrête momentanément son mouvement de translation et le brin est ainsi enroulé, sous tension, sur une portion arquée de l'élément terminal du mandrin à surface dépolie 55 qui facilite l'inversion du sens d'enroulage. De préférence, à chaque extrémité du trajet d'alimentation, des plongeurs chargés ( non représentés ralentiront ou retarderont le trajet du guide 60 pendant l'opération d'enroulage sur l'extrémité 55 du mandrin. Quand le guide 60 s'est totalement arrêté, on réduit à 0 l'angle d'alimentation et l'on enroule le brin 49 autour de l'élément 55 de façon circulaire au lieu de l'enrouler de façon hélicoldale. Le mandrin 65 est alors amené à la position allongée, et les boudinages sont aplatis en un ruban.On enroule un tour complet de ruban sur l'élément 55 avant d'inverser la direction d'enroulement, de sorte que la tension appliquée au brin y est conservée, et qu'aucun glissement axial ne se produira en pratique. Si le brin n'est pas ancré de façon appropriée sur l'extrémité du mandrin avant d'inverser le sens d'alimentation, la tension dans le fil fera qu'il glissera de manière élastique, axialement vers la portion centrale du moule, en libérant ainsi la tension dans les brins, en y mettant du jeu et en réduisant en conséquence la résistance mécanique du filtre pour puits. Puis on rétracte le mandrin formant le filament 65, et l'on engage le mandrin 66, en réunissant ainsi et en formant les filaments en un seul brin. On inverse alors le sens du guide 60, et l'on enroule le brin dans une rainure de la seconde série 54 de l'extrémité 62 à l'extrémité 61. On répète ce processus d'enroulement jusqu'à ce que chacune des rainures de la première et de la seconde séries soit remplie jusqu' un point prédéterminé légèrement en dessous du bord supérieur 68 de la rainure, par plusieurs brins 49 superposés axialement orientés. L'un des mandrins de guidage 64 a une forme telle qu'il permet de séparer le brin 49 en deux faisceaux distincts ou plus pour préparer des dispositifs de filtration ayant un dessin asymétrique, comme un nombre inégal de nervures 4 dans chacune des séries 5 et 6. Le mandrin de formage 64 illustré est conçu pour diviser le brin en trois portions ou faisceaux égaux pour enrouler un filtre ayant dans la série 5 trois fois le nombre de nervures de la série 6. Lorsque le guide 60 se déplace dans le sens associé aux plus petites nervures, chacun des trois faisceaux distincts est enroulé simultanément dans une rainure 52 séparée.Dans ce mode de réalisation, une fois que le mandrin de formage 65 a été rétracté et n'est plus en contact du brin dans le but d'inverser le sens d'enroulement, le mandrin de formation 64 vient en contact du brin et le divise en trois portions égales qui sont enroulées simultanément dans les rainures orientées de façon opposée. Quand le guide 60 atteint l'extrémité opposée 62 du mandrin, le mandrin de formage 64 est rétracté et n'est plus en contact du brin, le second mandrin de formage 65 vient en contact du brin pour former un ruban plat qui est enroulé d'un tour complet sur l'extrémité 55. Une fois que ce dernier tour est terminé, le mandrin 65 de formation de ruban est rétracté, et le troisième mandrin 66 est allongé pour venir en contact du brin et il réunit et forme la fibre en un seul brin pour l'enrouler sur le moule dans le sens inverse grace à quoi chacune des rainures du mandrin est remplie uniformément. Le mandrin 50 sur lequel sont enroulés des brins mouillés est ensuite placé dans une atmosphère de durcissement, comme une atmosphère chauffée, pendant un temps prédéterminé pendant lequel la résine prend et durcit. On sépare ensuite le mandrin 50 et le dispositif de filtration nouvellement formé. Dans la mise en oeuvre du mécanisme illustré sur la figure 10, l'élément de support 57 est dégagé axialement du mandrin 50,et celui-ci est soumis à des conditions qui changeront l'état du matériau du mandrin d'un état solide à un état liquide, par exemple en fondant ou en dissolvant la cire. Pour faciliter la fabrication, la cire a de préférence une température de fusion supérieure à la température à laquelle on durcit les brins. Le dispositif de filtration peut ensuite être fini, par exemple par meulage de ses extrémités et/ou fixation des éléments de jonction 24. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif de filtration autoporteur perforé et de forme cylindrique, caractérisé en ce que : on mouille plusieurs filaments de verre solide avec une résine synthétique liquide et thermodurcissable ; on réunit lesdits filaments mouillés en un brin continu ; on prévoit un mandrin ayant une première et une seconde séries de rainures qui se terminent un peu avant les extrémités du mandrin de sorte que lesdites extrémités comportent des surfaces périphériques sans lesdites rainures, les deux dites séries comportant plusieurs rainures mutuellement parallèles, axialement espacées et de forme hélicoldale, les rainures de ladite première série étant orientées dans le sens des aiguilles d'une montre et coupant les rainures orientées dans le sens contraire de ladite seconde série ; on tend ledit brin ; on enroule ledit brin sous tension dans une rainure de ladite première série d'une extrémité dudit mandrin à l'autre extrémité ; on ancre ledit brin tendu en-le mettant en contact de frottement avec la surface périphénque de l'autre extrémité du mandrin pour maintenir la tension dans un dernier segment enroulé dudit brin ; on inverse le sens dudit enroulement an enroule ledit brin sous tension dans une rainure de ladite seconde série de ladite autre extrémité du mandrin à ladite première extrémité du mandrin ; on ancre ledit brin tendu en le mettant en contact de frottement avec la surface périphérique de la première extrémité du mandrin pour maintenir la tension dans le dernier segment enroulé dudit brin ; et on répète lesdites étapes d'enroulement, d'ancrage et d'inversion jusqu'à ce que chacune desdites rainures de la première et de la seconde séries soit remplie jusqu'à un point prédéterminé en dessous du bord supérieur desdites rainures a l'aide desdits brins tendus qui sont noyés et reliés dans une matrice de résine synthétique ; on durcit lesdits brins tendus pendant qu'ils sont placés sur ledit mandrin ; et on enlève le mandrin desdits brins durcis. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brin tendu est ancré à l'autre extrémité du mandrin, en transformant ledit brin en un ruban plat après enroulement dudit brin dans la rainure de la première série ; en enroulant ledit ruban sous tension au moins sur un tour sur ladite autre extrémité du mandrin ; et en reformant ledit brin avant de l'enrouler dans la rainure de la seconde série. 3. Procédé selon la revendication 2, caractbrisd en ce qu'on reforme le brin en le divisant en au moins deux faisceaux distincts et en enroulant lesdits faisceaux sous tension dans des rainures séparées de la seconde série. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les faisceaux distincts sont à nouveau réassemblés en un brin avant d'enrouler le brin dans une autre rainure de la première série. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on enlève le mandrin des brins durcis en le liquéfiant. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mandrin est moulé en cire et est enlevé des brins durcis par fusion de ladite cire.