Brevet FR2461943A1 — publié le 19810206

/J 2 4 2461943 PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'ANALYSE DE LA TENEUR EN MATIERES SOLIDES DANS LE COURANT HYDRAULIQUE D'UN LIQUIDE PORTEUR ENTRAINANT CES DERNIERES. On sait que pour le transport hydraulique de matières minérales telles que le charbon, les minerais etc... il est fondamental de pouvoir déterminer la proportion de la masse de matières solides par rapport à celle du liquide porteur afin d'assurer un écoulement continu au cours de l'entraînement hydraulique des matières minérales. Ainsi, la demande de brevet allemand 2557 873 décrit com.ment on associe les matières solides à transporter, après un broyage qui les réduit en morceaux de dimensions appropriées, à un courant de liquide porteur qui les transforme en une boue que l'on fait aspirer par une pompe. Le but envisagé par ce procédé consiste à obtenir une valeur à peu près constante pour le débit des boues dans le conduit qui les transporte ainsi qu'un réglage automatique de-la concentration en matières solides dans la boue à une valeur à peu près constante. La pratique a montré que ce procédé antérieur et les dispositions correspondantes ne suffisaient pas pour le maintien d'un flux continu de matières non perturbé dans le conduit de transport. La présente invention est basée sur la constatation que l'on ne peut pas assurer sans perturbation le transport hydraulique de matières dans des conduits tubulaires malgré une surveillance et un réglages sévères de la teneur relative des matières solides et du liquide porteur; en effet, le comportement du courant varie continuement au cours de l'entraînement sur des trajets un p eu longs m algré une valeur maintenue constante de la proportion entre matières solides et liquide porteur. Les raisons qui se trouvent à i origine de ce phénomène doivent consister en ce qu'au cours du transport hydraulique, les particules granulaires sont soumises en per- manence à un frottement mutuel et à un Proiiement contre la paroi du conduit tubulaire, de telle sorte qu'il se produit une modification de la granulométrie à l'intérieur de l'ensemble des particules solides. Cette modification de la granulométrie fait varier obligatoirement la consistance et,par suite, le comportement du courant de boues à entra7ner; en raison, par exemple, d'une élévation de la vitesse critique de transport et de la formation de dépôts dansles canalisations,la continuité de l'écoulement dans ces canalisations n'est plus assurée. C'est pourquoi la présente invention a pour objet une amélioration de l'écoule- ment des matières solides dans le liquide porteur par rapport aux procédés et aux dispositifs antérieurs grâce à ce que la consistance mom entanée des boues est déterminée assez rapidement pour pouvoir aboutir à une surveillance et à un réglage précis du courant d'entraînement. -2- 2461943 Or, il a été constaté qu'il est nécessaire de déterminer d'une manière exacte et rapide la granulométrie avec indication de la distribution en grains grossiers, moyens et fins pour que l'on puisse déterminer et réglerd'après les résultats obtenus, la pression d'écoulement, en vue d'obtenir un transport uniforme non perturbé. Par suite, le procédé conforme à l'invention assurant la surveillance et le réglage de l'écoulement du flux de matières solides entraînées par un courant liquide est carac- térisé par les stades successifs suivants: a) Prélèvement d'un échantillon représentatif dans une section droite de la canalisation. b) Subdivision de cet échantillon, le cas échéant avec accroissement de la teneur en liquide porteur. c) Amenée de l'échantillon ainsi subdivisé sur une surface filtrante. d) Analyse automatique des particules solides suivant leur forme et leurs dimensions. e) Réglage de la quantité de liquide porteur ou de la pression de refoulement ou des deux valeurs pour tenir compte des résultats de l'analyse. Le prélèvement d'un échantillon représentatif se fait avantageusement à partir d'un élément tubulaire vertical de la canalisation au moyen d'un tube de prélèvement dirigé perpendiculairement à la direction de l'écoulement et susceptible de se déplacer sur toute l'étendue du diamètre intérieur de cet élément tubulaire.. L'échantillon est pris dans cet élément tubulaire vertical parce qu'on peut partir du principe qu'aucune modifi- cation d'allure de la vitesse et de la concentration ne peut y apparaître. On dilue l'échantillon pour le répartir ensuite de préférence avec un mélange d'eau, d'alcool et de glycérine, la concentration ainsi obtenue devant être très faible. Ce processus garantit l'impossibilité de formation d'agglomérats. L'échantillon, une fois réparti, est introduit dans un appareil filtrant sous pression à membrane dont les pores ne dépassent pas 0,0008 mm en diamètre pour y être refoulé sous pression. Les particules solides reposent isolément à la surface supérieure du filtre et peuvent ensuite être analysées. Pendant ce processus, la surface filtrante est maintenue tendue pour maintenir sa planéité pendant le séchage des particules qui commence à s'effectuer au cours de l'analyse. L'analyse se fait avantageusement au moyen d'un système d'analyse optique utilisant des signaux optiques p rovenant d'un microscope et transformés en signaux électriques par un procédé de télévision et ensuite en signaux numériques par un calculateur. On obtient ainsi toutes les données spécifiques relatives aux particules telles que grosseur, surface, longueur, largeur etc. On balaie la surface entière du filtre de manière à examiner toutes les partieules dans la gamme des diamètres compris entre 0,001 et 3 mm. Ce résultat peut être atteint en utilisant plusieurs objectifs de -3- 2461943 microscope à grossissements chevauchant différentes gammes élémentaires et mis automatiquement l'un après l'autre en action pour l'analyse. L'ensemble du processus se déroule sous l'impulsion du calculateur et ne requiert que moins d'une heure, y compris lè prélèvement de l'échantillon et la formation de la préparation. Ainsi, l'on peut procéder en un temps assez réduit, soit manuellement soit automatiquement, au réglage désiré de la pression et au réglage connu en soi du rapport entre solides et liquides dans la canalisation d'entraînement. L'augmentation de la teneur en liquide nécessaire pour l'analyse, peut être obtenue par exemple avec de l'eau, de l'alcool, de la glycérine, de la colophane ou d'un mélange de certains de ces produits. Il s'est avéré comme particulièrement utile d'étendre l'analyse sur une granu- lométrie comprise entre 0,002 mm et 3 mm, l'examen étant effectué par plusieurs objectifs successifs se chevauchant. On va maintenant décrire l'invention avec plus de détails, en se référant à titre d'exemple à la figure schématique ci-jointe. Dans un élém.ent redressé verticalement 2 de la canalisation d'amenée 1 est introduit, perpendiculairement à la direction 3 de l'écoulement, un dispositif 4 destiné au prélèvement d'un échantillon et comprenant un tube d'extraction 6 susceptible de se déplacer perpendiculairement à cette direction 3 de l'écoulement le long du diamètre intérieur 5 de l'élément de canalisation 2. Ce tube d'extraction 6 présente à son extré- mité libre une ouverture d'entrée dirigée à l'encontre de la direction 3 de l'écoulement. Le déplacement du tube d'extraction 6 le long du diamètre intérieur 5 de la canalisation est commandé par des moyens classiques, tels par exemple qu'un bloc piston-cylindre 8 actionné par voie pneumatique ou hydraulique. L'échantillon prélevé par'le tube d'extraction 6 est entrainé dans la direction de la flèche le long du conduit 9 vers le récipient collecteur 10. L'échantillon prélevé est mélangé dans ce récipient collecteur l0de l'eau, de l'essence, de l'alcool, de la glycérine, de la colophane ou à un mélange de tels produits que l'on introduit par un autre conduit 11 dans le récipient collecteur 10. On disperse l'échantillon dans les produits diluants ainsi introduits au moyen d'un agitateur 12 et la dispersion obtenutest amenée dans le récipient filtrant 13. Il est prévu pour la fil- tration un filtre à membrane fonctionnant sous pression tandis qu'on introduit par le conduit 14 dans le récipient filtrant 13 un gaz dépourvu de toutes particules solides par exemple de l'azote. 4 2461943 Les particules solides 15 se déposent alors à la surface du filtre 16 tandis que le liquide filtré est conduit dans le réservoir 17. Par ce processus, on s'assure que les particules solides reposent sans s'agglomérer à la surface du filtre 16 et que l'échantillon peut être analysé en toute sécurité. La préparation obtenue 18 est alors disposée sur un plateau non représenté susceptible d'être déplacé dans les deux directions horizontales x et y. Ce plateau portant la préparation est commandé. par le calculateur 19 qui lui est relié par le conducteur 20. C e calculateur 19 commande de plus le changement automatique de l'objectif 31 auquel il est relié par le conducteur 21 ainsi que la mise au point automatique de cet objectif 31 du microscope 23 auquel il est relié par le conducteur 22. L'analyse de l'image est effectuée en transformant le signal optique provenant du microscope 23 en un signal électrique par l'intermé- diaire d'un dispositif de télévision 24, ce signal électrique étant transformé en un signal numérique par le calculateur 19. Le résultat de l'analyse définie ci-dessus est transmis par le calculateur 19 au calculateur central 25 qui envoie, après élabo- ration des résultats de l'analyse, des impulsions de commande correspondantes au microprocesseur 26. Celui-ci effectue le réglage du courant d'entraînement dans la canalisation d'amenée 1 en provoquant la modification nécessaire de la vitesse de rotation de la pompe de refoulement 28 par l'intermédiaire du conducteur 27 ou bien en assurant le réglage d'une admission d'eau de dilution par action sur la soupape 30 par l'intermédiaire du conducteur 29, ce dernier réglage, qui peut aussi bien s'ajouter à la modification de la vitesse de la pompe servant à accroître la teneur en eau dans le liquide s'écoulant dans la canalisation d'amenée 1. Le dispositif décrit permet d'assurer automatiquement dans un délai très bref la surveillance et le réglage de pression nécessaire et le maintien à une valeur cons- tante du rapport entre les teneurs en liquide et en matières solides dans le réseau de canalisations de manière à obtenir le réglage des valeurs nécessaires à un écoulement continu sans aucune perturbation. -5 - REVENDICATIONS - Procédé d'analyse de la teneur en matières solides dans un courant hydraulique constitué par des particules solides entraînées par un liquide porteur, ce procédé de surveillance et de réglage du débit de ce courant étant caractérisé par les stades successifs suivants: a) Prélèvement d'un échantillon représentatif sur la totalité du diamètre de la canalisation d'entrainement. b) Subdivision de cet échantillon avec accroissement éventuel de la teneur en liquide porteur. c) Amenée de l'échantillon ainsi subdivisé sur une surface filtrante. d) Analyse granulométrique des particules solides suivant leur forme et leurs dimensions. e) Réglage de la quantité de liquide porteur et de la pression de refoulement d'après les résultats de l'analyse. 2 Procédé suivant la revendication l caractérisé par le fait que l'on utilise, pour augmenter la teneur en liquide au stade b, de l'eau,de l'essence, de l'alcool, de la glycérine, de la colophane ou un mélange de ces produits. 3 Procédé suivant la revendication i ou la revendication 2 caractérisé par le fait que l'analyse granulométrique suivant le stade ds'étend sur la gamme des dimensions des particules comprise entre 0,001 mm et 3 mm et que l'on détermine l'ensemble de la granulométrie en utilisant plusieurs objectifs pour différentes fractions de cette gamme. 4 Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'on prélève l'échantillon représentatif dans un élément tubulaire vertical formant partie de la canalisation d'amenée. 5 Dispositif pour l'exécution du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par un tube de prélèvement pouvant se déplacer dans une direction perpendiculaire à l'écoulement du courant pour que l'ouverture prévue à son extrémité puisse être amenée en tous points du diamètre intérieur de la partie prévue à cet effet dans le c onduit d'amenée, ce tube de prélèvement 33 traversant d'une manière étanche la paroi du conduit et son ouverture étant dirigée à l'encontre de l'afflux du courant hydraulique.