Brevet FR2475920A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne un procédé de dégazage et de mise en cavitation d'un liquide ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle s'applique notamment au nettoyage de matériaux contenus dans un liquide, à l'homogénéisation de mélanges liquides, à la génération d'ultrasons. Elle s'applique plus particulièrement au nettoyage de grains emprisonnés dans une gangue. On sait qu'au cours de son mouvement dans un circuit, un liquide est soumis à des variations de pres- sion et que lorsque la pression locale descend au-dessous de la pression de vapeur saturante du liquide, il peut se former des cavités remplies de vapeur, dans ce liquide. Lorsque des bulles de vapeur atteignent des régions de plus forte pression, elles se condensent très brutalement et implosent. C'est le phénomène de cavitation. Ce phé- nomène apparaît généralement dans les turbines, les pompes centrifuges, les vannes, les robinets, les hélices etc. Cette cavitation est très gênante puisqu'elle détruit progressivement les dispositifs hydrauliques énumérés ci-dessus. Cette cavitation est généralement précédée par la formation de bulles de gaz ou d'air dissous. La dissolution et le dégagement de l'air pré- sentent un caractère lent tandis que la vaporisation et la condensation qui se produisent lors de la cavitation ont un caractère très brutal. Il en résulte que pour éviter les phénomènes de cavitation, on introduit volon- tairement de l'air dans les circuits des systèmes hy- drauliques; cet air sert de coussin absorbant les chocs dus à la condensation des bulles de vapeur, lors de la cavitation. En fait, la cavitation résulte de l'implosion des bulles de vapeur, dans le liquide. Elle provoque une forte érosion dans tous les systèmes hydrauliques, ce qui impose la recherche d'un régime d'emploi optimal, -évitant la cavitation des fluides qu'ils contiennent. 2 2475920 Alors que dans tous les systèmes hydrauliques existants, on cherche à éviter la cavitation, l'inven- tion a au contraire pour but de définir un procédé et de réaliser un dispositif qui permettent le dégazage et la mise en cavitation d'un liquide, de manière que, grâce aux implosions de bulles gazeuses et aux ultrasons qui en résultent, on puisse nettoyer des matériaux conte- nus dans ce liquide, homogénéiser des mélanges de li- quides ou générer des ultrasons pour diverses applications. L'invention vise tout d'abord un procédé de dégazage et de mise en cavitation d'un liquide, carac- térisé en ce qu'il consiste à faire circuler ce liquide, d'amont en aval d'un diaphragme, en provoquant une forte dépression en aval de ce diaphragme. Selon une autre caractéristique du procédé, on fait précéder la mise en cavitation du liquide, par le dégazage de celui-ci. L'invention a aussi pour objet un dispositif de dégazage et de mise en cavitation d'un liquide carac- térisé en ce qu'il comprend un conduit de circulation du liquide, un diaphragme situé dans le conduit et pré- sentant un orifice de dimension inférieure à la dimension interne du conduit et des moyens pour provoquer une dé- pression en aval du diaphragme dans le conduit. Selon une autre caractéristique, les moyens qui provoquent une dépression en aval du diaphragme, sont constitués par une pompe apte à assurer la circula- tion du liquide dans le conduit, à travers le diaphragme, en provoquant la dépression en aval çdu diaphragme. Selon une autre caractéristique la pompe est une pompe aspirante associée à des moyens d'entraînement et dont l3aspiration est reliée à l'extrémité du conduit en aval du diaphragme. Selon une autre caractéristique, la pompe est une pompe centrifuge. Selon une autre caractéristique, les moyens d'entrainement de la pompe comprennent un moteur associé à des moyens pour régler la vitesse optimale de rotation de la pompe, pour provoquer la cavitation du liquide, dans le conduit, en aval du diaphragme. Selon une autre caractéristique, les moyens de rglage sont en outre aptes à rgler la vitesse de rota- tion de la pompe pour provoquer la cavitation du liquide dans la pompe. Selon une autre caractéristique, le liquide contient des matériaux à débarrasser d'une gangue les enrobant au moins partiellement, le refoulement-de la pompe est relié à des moyens de séparation des matériaux propres et de la gangue. Selon une autre caractéristique, les moyens de séparation sont de type mécanique, électrique, chi- mique ou magnétique. Enfin l'invention s'applique au dégazage de liquides, au nettoyage de matériaux contenus dans un liquide, à l'homogénéisation de mélanges liquides, à la génération d'ultrasons. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. - la figure 2 est un diagramme montrant la pression en aval du diaphragme, en fonction de la vitesse de rotation de la pompe. La figure 1 représente un dispositif conforme à l'invention, qui comprend un conduit 1 de circulation d'un liquide dans lequel on veut provoquer une cavitation 4 2475920' un diaphragme 2 est situé dans le conduit et présente un orifice 3 de dimension inférieure à la dimension interne du conduit. Le dispositif comprend en outre des moyens 4, pour provoquer une dépression dans la partie 5 du conduit 1, en aval du diaphragme 2. Les moyens 4 sont constitués par une pompe aspirante qui, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, est une pompe centrifuge 6 associée à des moyens d'entraine- ment, constitués ici par un moteur 7. L'aspiration 8 de la pompe 6, est reliée à l'extrémité du conduit 1, en aval du diaphragme 2. Le conduit 1 est prolongé en amont du-diaphragme 2 par une conduite 9, de moindre dimension que celle de la conduite 5, de manière à favoriser la dépression créée par la pompe, en aval du diaphragme. Cette conduite présente un cône d'entrée 10, situé dans un réservoir 11. Le cône d'entrée 10 permet dans une appli- cation particulière du dispositif, de déverser des maté- riaux en grains à nettoyer, tandis que le réservoir Il contient de l'eau. Le refoulement 12 de la pompe 6 est relié par une conduite 13, à un réservoir de sortie 14. Les moyens d'entraînement de la pompe comprennent éga- lement des moyens 15 pour règler sa vitesse de rotation, -de manière qu'à cette vitesse, il se produise une cavi- ta-tion du liquide dans le conduit, en aval du diaphragme. Il est également possible, grâce à ces moyens de rglage, de commander la rotation de la pompe de manière à créer une cavitation du liquide dans celle-ci. Lorsque le liquide contient des matériaux à débarrasser d'une gangue qui les enrobe au moins partiel- lement, le refoulement de la pompe est relié à des moyens de séparation des matériaux propres et de la gangue, si- tués dans le réservoir de sortie 14. Dans le cas de matériaux en grains par exemple, ces moyens de sépara- tion peuvent être constitués par un cyclone ou un décan- teur statique ou un bac de décantation 18, constitués 2475920 de manière connue, et qui permet, par décantation, d'évacuer les matériaux propres par le conduit 16 tandis que les particules légères qui formaient la gangue sont évacuées par le conduit 17. Il est bien évident que les moyens de sépara- tion qui viennent d'être mentionnés sont de type mécani- que mais, que selon les applications du dispositif, ces moyens peuvent être des moyens chimiques, électriques ou magnétiques par exemple. - Le dispositif qui vient d'être décrit permet, grâce à la cavitation du liquide, en aval du diaphragme 2 et éventuellement dans la pompe 6, de dégazer des liquides, de nettoyer des matériaux tels que par exemple des sables, des copeaux, ou d'homogénéiser des mélanges liquides tels que le lait; ce dispositif peut également servir de générateur d'ultrasons puisque la cavitation qui se produit dans le conduit 1, en aval du diaphragme, est accompagnée d'ultrasons qui peuvent trouver des ap- plications particulières. Afin de faciliter la cavitation, il est nécessaire, avant la mise en oeuvre du-dispositif pour ses diverses applications, de dégazer le liquide qui est pompé dans le réservoir 11. En effet, les gaz dissous dans le liquide empêchent le phénomène de cavi- tation de se dérouler dans de bonnes conditions. La figure 2 est un diagramme qui représente en fonction de la vitesse N de rotation de la pompe, la pression P en aval du diaphragme. On remarquera sur cette figure que la pression P croit de façon sensible- ment constante, en fonction de la vitesse, jusqu'à une vitesse Nl puis qu'elle se stabilise pour une vitesse de rotation N2 de la pompe. C'est entre les vitesses NI et N2 que le phénomène de cavitation se produit. La pompe utilisée dans le dispositif de l'invention a permis d'atteindre des pressions ponctuelles estimées à 6 2475920 000 bars tandis que le bruit ultra-sonore qui accom- pagne la cavitation, présente une fréquence de 33 k hertz au sein d'un spectre très étendu. Cette cavitation dépend essentiellement du débit de la pompe, du diamètre de l'aspiration de celle-ci, de la charge en amont du diaphragme et du rapport d (d représentant le diamètre de l'orifice du diaphragme et D le diamètre du tube-en aval de ce diaphragme). La cavitation dépend également de la nature du liquide qui traverse le diaphragme et de la teneur des gaz dissous dans ce liquide. Afin d'obtenir de bons résultats dans le cas o le dispositif est appliqué au nettoyage de matériaux, il est important de choisir correctement la nature des composants qui constituent le dispositif, afin d'éviter un ré-enrobage des matériaux à nettoyer, par ces composants. Le dispositif permet, non seulement le pompage des matériaux, mais également le lavage et le transport de ceux-ci vers un bac de sortie. Enfin, toujours dans le cas du nettoyage des matériaux, il est possible d'ad- ditionner au liquide dans lequel sont contenus ces ma- tériaux, des produits qui favorisent leur nettoyage. Les ultrasons qui sont produits par cavitation, favorisent le nettoyage des matériaux par une actionfconjointe d'at- trition. Dans le cas du nettoyage des sables, il est possible que des éléments métalliques, tels que des par- ticules ferreuses, soient apportés par le fer contenu dans les alliages qui composent les conduits et la pompe, ces particules ferreuses peuvent être éliminées soit par voie chimique, soit par voie électrochimique, soit même par l'utilisation du cyclone mentionné plus haut. Enfin, - il est aussi possible de constituer les conduits et la pompe dans des matériaux qui ne provoquent pas l'apparition de particules gênantes, se recombinant avec les matériaux à nettoyer. L'invention permet bien d'atteindre les buts mentionnés plus haut et notamment de provoquer la cavitation d'un liquide, en aval d'un diaphragme traversé par ce liquide et éventuellement dans la pompe traversée par ce liquide. Il est à remarquer que l'on peut associer une pluralité de dispositifs conformes à l'invention, soit en série, sait en parallèle, soit en série-parallèle. Il est également à remarquer que ce dispositif permet l'obtention de liquides dégazés. REVENDICATIONS 1. Procédé de dégazage et de mise en cavitation d'un liquide, caractérisé en ce -qu'il consiste à faire circuler ce liquide d'amont en aval d'un diaphragme, en provoquant une dépression en aval de ce diaphragme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire précéder la mise en cavita- tion du liquide par le dégazage de celui-ci. 3. Dispositif de dégazage et de mise en cavita- tion d'un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit (1) de circulation du liquide, un diaphragme (2) situé dans le conduit et présentant un orifice (3) de dimension inférieure à la dimension interne du conduit (1) et des moyens (4) pour provoquer une dépression en aval du diaphragme dans le conduit. 4. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les moyens pour provoquer une dépression en aval du diaphragme sont constitués par une pompe (6) apte à assurer la circulation du liquide dans le conduit, à travers le diaphragme (2), en provoquant la dépression en aval (5) du diaphragme (2). 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la pompe (6) est une pompe aspirante, associée à des moyens d'entraînement (7) et dont l'as- piration (8) est reliée à l'extrémité du conduit (1) en aval du diaphragme (2). 6. Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que la pompe (6) est une pompe centrifuge. 7. Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce que les moyens d'entraînement de la pompe comprennent un moteur (7) associé à des moyens (15) pour régler la vitesse optimale de rotation de la pompe, pour provoquer la cavitation du liquide dans le conduit (1), en aval du diaphragme. 8. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce que les moyens de réglage (15) sont en outre aptes à rgler la vitesse de rotation de la pompe pour provoquer la cavitation du liquide dans la pompe. 9. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 3 à 8, caractérisé en ce que, le liquide conte- nant des matériaux à déàbrasser d'une gangue les enro- bant au moins partiellement, le refoulement (12) de la pompe est relié à des moyens (15) de séparation des matériaux propres et de la gangue. 10. Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé en ce que les moyens (15) de séparation sont de type mécanique, électrique, chimique ou magnétique. 11. Application du procédé et du dispositif conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 10, au dégazage de liquides, au nettoyage de matériaux conte- nus dans un liquide, à l'homogénéisation de mélanges liquides, à la génération d'ultrasons.