Brevet FR2505680A1 — publié le 19821119

O Appareil et procédé pour la concentration des boues. La demande de brevet des Etats-Unis N 0140 516 décrit un appareil pour le relâchement de la pression d'un fluide confiné, du type comportant une enceinte munie d'une paroi latérale à section essentiellement circulaire ayant une paroi supérieure et un fond Un orifice d'admission est ménagé dans la paroi latérale de l'enceinte, de manière que l'axe de l'orifice d'ad- mission soit tangent au diamètre de cette paroi Un ori- fice de sortie s'étend à travers le fond et une ouverture s'étend à travers la paroi supérieure de l'enceinte Des fluides à haute pression pénétrant par l'orifice d'admis- sion forment un vortex le long de la paroi latérale et entre le fond et la paroi supérieure de l'enceinte et ressortent sous basse pression par l'orifice de sortie. De 'L'air est introduit à travers les ouvertures ménagées dans la-paroi supérieure de l'enceinte pour empêcher la cavitation à l'intérieur de celle-ci Un dispositif peut être relié à l'orifice de sortie en vue de réduire la vitesse des fluides quittant l'orifice d'évacuation. La demande de brevet des Etats-Unis N 0218 857 décrit un procédé et un appareil pour l'injection de boues à basse pression dans un courant à haute pression, de manière à former des boues à haute pression par injec- tion dans une chambre d'un fluide à haute pression Une partie du fluide à haute pression est extraite en un certain endroit de la chambre pour former un vortex fluide à basse pression Les boues à basse pression sont injectées dans le vortex à basse pression, o elles se mélangent avec les fluides à haute pression Les boues sous haute pression sont extraites à partir d'un orifice de sortie à haute pression. L'invention concerne un système destiné à extraire de l'eau des boues, en vue d'augmenter leur concentration Le système fonctionne par injection du fluide à haute pression dans une chambre essentiellement circulaire, suivie de son évacuation, tandis qu'une par- tie du liquide peut sortir sous basse pression à travers un orifice d'évacuation dont l'axe est parallèle à l'axe de la chambre circulaire La quantité de fluide suscep- tible de sortir est commandée au moyen d'une soupape mon- tée en série avec l'orifice de sortie basse pression La soupape spécifique utilisée assure une réduction uniforme du diamètre de l'orifice, jusqu'à sa fermeture La sou- pape fonctionne d'une manière très efficace, car le flui- de est entraîné autour du côté extérieur du tube à une grande vitesse Dans le cas o une diminution de pression apparaîtrait à l'intérieur de la chambre, un appareil muni d'un clapet de retenue permettrait à l'air d'entrer dans la chambre, compensant ainsi l'air entre l'intérieur et l'extérieur de la paroi de la chambre, ce qui empêche- rait la cavitation Un dispositif est également prévu pour mesurer la concentration des boues à l'orifice de sortie haute pression et communique cette information à une soupape de commande, de sorte que celle-ci tend à maintenir la concentration des boues à un niveau prédé- terminé ou préréglé. La figure 1 est une vue partielle en coupe de la soupape et de la chambre fonctionnant comme un appa- r'il de concentration des boues et la figure 2 illustre un procédé visant à in- corporer l'appareil pour la concentration des boues dans un processus de dragage. En se référant aux deux figures, mais plus particulièrement à la figure 1, celle-ci représente un appareil pour la concentration des boues qui comprend essentiellement une chambre généralement désignée par la flèche 10, qui comporte un orifice d'admission haute pression 11 et un orifice de sortie haute pression 12. La chambre 10 est généralement formée par deux parois latérales 13 et 14 et Une paroi d'extrémité 15 Pour faciliter la réalisation et renforcer la chambre, une enveloppe 16-généralement hémisphérique recouvre la pa- roi latérale 13 et une deuxième enveloppe hémisphérique 17 recouvre la paroi latérale 14 Un orifice de sortie basse pression 18 comprend un tube 'assant à travers l'enveloppe hémisphérique 17 et la paroi latérale 14 de manière à pouvoir communiquer avec la chambre 19 formée entre les parois latérales 14 et 13 La chambre 19 est généralement de section circulaire, mais peut avoir toute autre configuration et possède un axe 20 qui se trouve essentiellement dans l'alignement de l'axe de l'orifice de sortie basse pression 18. La soupape-de commande qui est généralement désignée Dar la flèche 21 comprend une unité de commande 22 et une sortie à commande hydraulique 23 reliée à un corps de soupape 24 Le corps de soupape 24 comprend un manchon intérieur en caoutchouc 25 qui est commandé par une vessie en caoutchouc 26 La face supérieure de la vessie en caoutchouc 26 communique avec un réservoir hydraulique 33 qui est relié à une sortie à commande hydraulique 23 Le corps de soupape 24 est relié à un orifice de sortie basse pression 18 de manière courante par une bride 27 et des boulons 28 Le tube de sortie 29 de la soupape est de la même manière relié au corps de soupape 24 au moyen d'une bride 30 et de boulons 31 La soupape de commande 21 a une entrée électrique 32 abou- tissant dans l'unité de commande 22. La souoape de commande effective 21, telle qu'elle est représentée, est bien connue dans la tech- nique Un type de soupape de ce genre est fabriqué par la société Clarkson Company, Palo Alto, Californie, et elle est décrite comme étant une soupape Clarkson du type "C" Conformément à sa description, la soupape Clarkson est susceptible d'être actionnée par des moyens hydrauliques, mais une commande pneumatique constitue une alternative équivalente Fondamentalement, la soupape fonctionne sur des informations électriques acheminées à travers le câble 32 vers l'intérieur de la soupape, dans laquelle un circuit électrique à commande hydraulique applique une pression hydraulique à la sor- tie de commande hydraulique 23 Le fluide est relié au réservoir 33 dans le corps de la soupape 24 dont la pression est appliquée contre la vessie en caoutchouc 26 La vessie 26 provoque une déformation intérieure du manchon en caoutchouc 25 qui tend à fermer la soupape avec un effet du type venturi provoquant ainsi un rétré- cissement du passage du fluide à travers la soupape et une augmentation de la pression dans l'orifice de sortie basse pression 18 du côté de la soupape 21. La soupape étant ainsi explicitée, le concen- trateur de boues fonctionne de la manière suivante: les boues haute pression pénétrant par l'orifice d'entrée haute pression 11 tournent autour de la chambre 19, la plus grande partie des boues haute pression étant éva- cuée par l'orifice de sortie haute pression 12 Le fluide sort alors à une vitesse extrêmement élevée par l'orifice de sortie basse pression 18 le long des parois extérieu- res sous forme d'un liquide basse pression La vitesse dépend directement de la pression existant en 18 et de la pression existant à l'orifice d'entrée 11 Tandis que le fluide Dénètre dans le corps de soupape 24, son pas- sage à travers le manchon 25 est fonction de l'importance de la fermeture de ce manchon, c'est-à-dire que si le manchon en caoutchouc 25 est entièrement ouvert, ayant ainsi le même diamètre intérieur que l'orifice de sortie basse pression 18, la pression différentielle sera uni- quement égale à la perte de charge due au frottement à travers la soupape Cependant, si un signal envoyé à travers le câble 32 vers l'unité de commande 22 indique qu'une quantité moindre de fluide doit sortie par l'ori- fice de sortie basse pression 18, alors le fluide pneuma- tique ou hydraulique passera à travers la sortie 23 dans le réservoir 33 qui applique une pression du fluide con- tre la vessie en caoutchouc 26, ce qui a pour effet de déformer vers l'intérieur le manchon en caoutchouc 25. Ainsi qu'il a été indiqué, il en résulte une augmenta- tion de la pression à l'orifice de sortie basse pression 18, ce qui réduit la quantité de fluide s'écoulant de la chambre 19 vers 18, augmentant ainsi la quantité de flui- de mouvant sortir par l'orifice de sortie haute pression 12 Si la concentration est contrôlée à l'orifice de sortie 12 et si les variations sont communiquées Dar l'intermédiaire de 32-à l'unité de commande 22, la con- centration peut être maintenue dans des limites assez étroites Une commande de ce genre est illustrée sur la figure 2. En se référant au processus illustré sur la figure 2, celle-ci représente une mise en oeuvre de l'ap- nareil pour la concentration-des boues, sur lequel un contrôle de la concentration des matériaux devant être pompés à partir de la mine augmente l'efficacité d'une opération d'extraction Dans cet exemple, un réservoir de fluide 40 se trouvant à la surface est relié par l'in- termédiaire d'un tuyau 41 à une pomoe 42 communiquant à son tour avec un tuyau 43 qui achemine le fluide dans le puits en vue de son utilisation pour les opérations de transport Une soupape de commande 44, qui peut être télécommandée, est associée par l'intermédiaire de tuyaux 46 et 47 à une deuxième soupane de commande 48 qui, à son tour, est reliée par l'intermédiaire du tube 49 à un orifice d'entrée haute pression 50 d'un disposi- tif d'injection à turbulence 51, auquel on a fait réfé- rence antérieurement dans la demande no 218 857 Un bas- sin à boue 52 est situé sous terre, à un endroit appro- prié dans la mine, et sert à recevoir la charge prove- nant de plusieurs systèmes de boue et fondamentalement pourvoit à la réception des liquides et matériaux prove- nant de plusieurs de ces systèmes, de sorte que les maté- riaux peuvent être pompés hors du puits ultérieurement à un taux de concentration élevé et d'une manière plus ef- ficace Le bassin à boue 52 est divisé en deux parties 53 et 54 La section 53 contient les matériaux qui sont pompés à partir du front de taille pour un acheminement final hors de la mine et comprend généralement de l'eau et des matières telles que du charbon, enlevé du front de taille La section 53 comporte également des moyens pour séparer l'excédent d'eau des matériaux qui y sont déposés, l'eau s'écoulant par dessus le déversoir 55 vers le réservoir 54 L'excédent d'eau est alors pompé à travers la conduite d'aspiration 56 au moyen d'une pompe 57 et elle est évacuée à travers la conduite 58 vers une soupape de commande 59 et un clapet de retenue vers la conduite 47. En vue d'enlever les matériaux du bassin à boue 52, une drague 61 qui comprend une pompe 62 avec un bec d'aspiration 63 et un moteur 64 refoule les pro- duits en 65 à travers un tuyau flexible 56 vers une en- trée d'injection basse pression 67 d'un injecteur à tur- bulence 51, puis ces produits s'écoulent par l'orifice de sortie basse pression 68 à travers la conduite 69 et une soupape de commande 70 à travers une conduite 71 o ils sont déchargés dans le bassin à boue 52 La sortie haute pression 72 de l'injecteur à vortex 51 est reliée par l'intermédiaire d'une conduite 73 à une entrée haute pression 11 du concentrateur à boue 10 La sortie haute pression 12 est reliée par l'intermédiaire d'une conduite 74 à un densimètre 75, et du densimètre 75, par l'inter- médiaire d'une conduite 76 et d'un débitmètre 77, à une conduite 78 qui achemine les boues concentrées vers le haut du puits, à la surface de la mine, o elles sont déposées dans un réservoir provisoire 79 Des moyens tels qu'un dispositif d'agitation 80 peuvent être prévus pour maintenir les particules en suspension Le clapet de re- *tenue 8 est relié par l'intermédiaire d'une conduite 9 à l'intérieur de la chambre 19 et assure la détente à l'intérieur de la chambre La sortie du densimètre 75 est reliée par l'intermédiaire d'un circuit de commande 81 à une unité de commande 22 La sortie du débitmètre 77 est reliée par l'intermédiaire de moyens de commande tels qu'un câble 82 à une commande pour la pompe 64, la commande étant du type susceptible de faire varier la vitesse de la pompe 64 en vue de contrôler la concentra- tion du charbon par rapport à l'eau formant des boues qui sont envoyées dans la conduite 66 vers l'injecteur à turbulence 51 Les circuits de commande peuvent éga- lement être amenés vers un ordinateur pour contrôler le dosage. Le processus représenté sur la figure 2 se déroule de la manière suivante Le charbon, par exemple provenant de plusieurs fronts de taille, est acheminé jusqu'au bassin à boue 52 par l'intermédiaire d'un système à boue Des systèmes d'acheminement de boue de ce genre sont bien connus dans la technique et leur fonctionnement et description ne sont pas prévus ici Après le dépôt du charbon dans la section 53, il sera normalement enlevé à un dosage con- trôlé par la pompe 61 La pompe 61 fonctionne par rota- tion du moteur 64 et transmet l'énergie par l'intermé- diaire d'un arbre (non représenté) à une pompe 62 qui aspire les matériaux par l'intermédiaire d'une embou- chure 63, par la sortie 65 et, par l'intermédiaire du tuyau flexible 66, jusqu'à l'entrée basse pression de l'injecteur à turbulence 51 L'injecteur à turbulence 51 fonctionne par application de l'eau haute pression dans l'orifice d'entrée 50, qui effectue un mouvement rotationnel dans la chambre de section circulaire et sort par l'orifice d'évacuation haute pression 72 Une certaine quantité de fluide peut s'écouler de la sortie haute pression 50 vers la sortie 68 Le fluide sortant par l'orifice d'évacuation 68 entraîne la formation d'un vortex basse pression le long de l'axe de l'orifice d'évacuation La formation d'un vortex basse Dression permet d'injecter les boues basse pression à partir du tuyau flexible 66 dans l'orifice d'entrée basse pression 67 Les boues sont alors entraînées dans le courant haute pression en rotation dans la chambre de l'injec- teur à turbulence 51, de sorte qu'à la sortie 72, il y a un mélange de fluide et de boue Le fluide assurant le fonctionnement de la chambre à turbulence 51 est fourni par un réservoir 40 par l'intermédiaire d'une conduite 41, sa montée en pression étant effectuée par la pompe 42 La plus grande partie de la pression est produite par le poids du fluide dans-la conduite 43, qui est envoyé par l'intermédiaire des soupapes de com- mande 44, 46 et 47, de la soupape de commande 48 à tra- vers la conduite 49 vers l'entrée haute pression 50 de l'injecteur Comme indiqué précédemment, une certaine partie du fluide sort par l'orifice d'évacuation 69 en vue de former une zone basse pression dans la chambre de l'injecteur à turbulence 51 Du fluide d'appoint est fourni par aspiration de liquide en 54 du bassin à boue 52 par l'intermédiaire de la pompe 57, qui est alors acheminé par l'intermédiaire de la conduite 58, de la soupape de commande 59 et du clapet de retenue 60 vers la conduite 47 Le clapet de retenue 60 empêche le flui- de de s'écouler de la conduite 46 vers le bassin à boue 54 Les boues étant injectées par l'intermédiaire de la conduite 66 vers l'orifice d'admission 67, entrainées par le fluide dans la chambre de l'injecteur à turbulen- ce 51, elles sont alors évacuées par l'intermédiaire de l'orifice de sortie haute pression 72 dans la conduite 73 et injectées dans l'orifice d'entrée haute pression 11 du concentrateur de boue 10 Les boues sont alors évacuées vers la sortie 12 par l'intermédiaire de la conduite 74 et du densimètre 75 Si la concentration mesurée par le densimètre 75 est trop faible, un signal est envoyé par l'intermédiaire de l'unité de commande 81 vers l'unité de commande 22 de la soupape 21 qui, à son tour, envoie une information par l'intermédiaire de la sortie de commande 23 au corps de soupape 24, provo- quant ainsi le retrait du liquide hydraulique ou de la pression d'air de la chambre 33, de sorte que le man- chon en caoutchouc 25 devient plus large L'importance de cette réduction est fonction de la faiblesse de la concentration comparée à la concentration voulue Si le densimètre 75 constate que la concentration est trop élevée, un signal partant des moyens de commande 81 vers l'unité de commande 22 sera transmis nar l'inter- médiaire de la-sortie de commande 23 vers le corps de soupape 24, de sorte que la chambre 33 est remplie de liquide ou d'air, ce qui rétrécit encore davantage le manchon en caoutchouc, le manchon en caoutchouc se re- fermant et réduisant la quantité de fluide qui passe à travers la conduite 29 dans la section 53 Ces deux dimi- nutions provoquent une augmentation de la proportion de fluide par rapport au charbon. Dans le cas o une dépression se formerait au cours de cette opération, de l'air peut entrer par le clapet de retenue 8 et la conduite 9 vers l'intérieur de la chambre 19, ce qui constitue un moyen pour ramener la chambre à la pression extérieure de l'air On meut également prévoir un débitmètre 77 qui peut, en outre, contrôler la concentration en faisant varier le régime de vitesse du moteur 64, fournissant de cette manière plus ou moins de liquide par rapport au charbon pendant le fonctionnement de la drague dans la section 53. Une soupape 21 d'un type particulier a été décrite Cette soupape est particulièrement utile, car elle présente une résistance élevée à l'usure pendant le passage des boues et elle n'a pas tendance à se bou- cher aussi facilement que les autres types de soupape au cours du passage des boues Par ailleurs, la section de la soupape tend à se fermer de manière uniforme, du fait que les fluides dans la conduite 18 effectuent un mouvement rotationnel à haute vitesse dans la conduite 18 La fermeture diamétrale de la soupape constitue une méthode homogène pour contrôler la pression dans la cdn- duite 18 D'autres types de soupapes qui auraient ten- dance à fermer seulement une section partielle de la conduite telle qu'elle est utilisée auraient une propen- sion à un taux d'usure élevé et ne fonctionneraient pas de manière efficace dans le type de courant spécifique s'écoulant à travers la conduite 18; cependant, ces types de soupapes ne sont pas à écarter, bien que leurs fonctions soient secondaires, car elles pourront toujours fonctionner dans le cadre de cette invention. Il va de soi que d'autres modifications et changements pourront être apportés à cette mise en oeuvre et resteront dans l'esprit et dans la portée de l'inven- tion telle qu'elle a été décrite et revendiquée. REVENDICATIONS 1 Appareil destiné à augmenter la proportion de solides par rapport aux liquides dans les boues, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: a) une chambre de section essentiellement circulaire, b) une entrée haute pression des boues montée dans ladite chambre et ayant un axe perpendiculaire au diamètre de la section circulaire de ladite chambre, c) une sortie haute pression des boues montée dans ladite chambre, l'axe de ladite sortie des boues étant per- pendiculaire au diamètre de la section circulaire de ladite chambre, d) une sortie basse pression montée à travers ladite chambre avec son axe essentiellement parallèle à l'axe de ladite section circulaire de la chambre, de manière qu'une partie du fluide entrant par ladite entrée haute pression de la chambre s'écoule vers ladite sortie basse pression en formant un vortex à l'inté- rieur de ladite chambre, e) une soupape incorporée dans ladite sortie basse pres- sion en vue de régler la quantité de fluide quittant ladite sortie basse pression, et f) des moyens d'anticavitation montés sur ladite chambre pour permettre l'entrée de l'air dans le vortex lors- que la oression de l'air dans celui-ci est inférieure à la pression de l'air à l'extérieur de ladite cham- bre. 2 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les axes de l'entrée haute pression des boues et de la sortie haute pression des boues sont per- pendiculaires auxdits diamètres. 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'anticavitation com- prennent une entrée basse pression montée sur ladite chambre le long de l'axe du vortex et un clapet de rete- nue disposé dans ladite admission, lorsque ladite pres- sion d'air dans le vortex tombe au-dessous de la pres- sion d'air extérieure, ledit clapet de retenue s'ouvrant, permettant à l'air de passer à l'intérieur de ladite chambre dans le vortex. 4 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens munis d'une entrée de commande pour le fonctionnement automatique de ladite soupape, (b) des moyens pour mesurer la concentration des boues avec des moyens d'entrée de soutirage pour détecter la concentration des boues de ladite sortie haute pression et engendrant un signal de sortie corres- pondant à ladite concentration, et (c) des moyens connectant ledit signal de sortie à la- dite entrée de commande, ladite soupape étant ouver- te en fonction de la diminution de la concentration par rapport à une concentration voulue desdites boues et fermée lorsque ladite concentration aug- mente au-delà de ladite concentration voulue desdi- tes boues. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite soupape comprend une en- ceinte munie d'un manchon intérieur en caoutchouc et des moyens de contrôle de la pression pour dilater ou rétracter ledit manchon dilatable en caoutchouc, des moyens pour fermer ou ouvrir ladite soupape. 6 Procédé pour la concentration de la pro- portion des solides par rapport aux liquides dans des boues, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: (a) injection desdites boues tangentiellement dans une zone de section circulaire, (b) extraction tangentielle desdites boues de ladite zone à travers une ouverture d'évacuation et (c) extraction d'une partie dudit liquide injecté le long d'un axe de ladite zone, ledit liquide extrait entraînant une augmentation de la concentration de la proportion de solides par rapport aux liquides dans lesdites boues. 7 Procédé pour la concentration de la pro- portion des solides par rapport aux-liquides selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on détermine la concentration des solides par rapport aux liquides dans ladite sortie et que l'on extrait sous contrôle une partie du liquide injecté le long de l'axe de-ladite zone, une telle part étant inversement proportionnelle à la concentration mesurée. 8 Procédé pour la concentration de la pro- portion des solides par rapport aux liquides selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter en outre un gaz dans l'axe de ladite zone de manière à maintenir ladite zone essentiellement à la pression atmosphérique. 9 Procédé pour la concentration des boues à partir d'un bassin à boue qui comprend une section à boue contenant des solides et de l'eau et une section de séparation de l'eau, une drague montée dans ladite sec- tion des boues pour extraire lesdites boues et refoulant ladite évacuation vers un appareil de régulation de la concentration des boues, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre: (a) une chambre de section essentiellement circulaire et munie d'une entrée haute pression et d'une sortie montée sur ladite chambre, chacune ayant son axe perpendiculaire à un diamètre de ladite chambre et des moyens reliant ladite entrée haute pression auxdits moyens de refoulement de ladite drague, (b) une sortie basse pression montée sur ladite chambre, l'axe de ladite sortie étant parallèle à l'axe de ladite chambre et situé au milieu de manière à for- mer un vortex avec les boues lorsqu'elles sont in- jectées par l'entrée haute pression, 2505680 O (c) une soupape montée dans ladite sortie basse pression, ladite soupape ayant des moyens de commande pour la faire fonctionner, lesdits moyens de commande ayant une entrée électrique, (d) des moyens reliant la sortie de ladite soupape audit bassin à boue, (e) des moyens pour mesurer la concentration, munis d'une entrée disposée sur ladite sortie haute pres- sion et engendrant un signal de sortie correspondant à la concentration mesurée, et (f) des moyens reliant ledit signal de sortie des moyens de mesure à l'entrée électrique de ladite soupape, lesdites boues étant maintenues à une concentration essentiellement uniforme.