Brevet FR2639255A1 — publié le 19900525

MELANGEUR SUBMERSIBLE AUTOMATISE La présente invention concerne l'agitation d'un liquide notamment contenu dans un bassin, par un mélangeur submersible à hélice. Elle s'applique en particulier dans le cas des liquides chargés en particules solides, l'agitation pouvant avoir comme fonction soit la dispersion des particules soit l'homogénéisation du milieu, soit la mise et le maintien en suspension des particules dans le liquide, soit la création et l'entretien d'un courant hydraulique. La présente invention concerne plus spécifiquement un mélangeur submersible à hélice, dont le fonctionnement est rendu automatique en vue d'optimiser la fonction correspondant à son utilisation. Les appareils dénommés mélangeurs ou agitateurs submersibles sont bien connus. Ils sont constitués d'une hélice et d'un moteur étanche, capable de fonctionner en position immergée, entraînant l'hélice en rotation. Le moteur est fixé sur un support, muni d'une barre de guidage et équipé d'un système de levage, en sorte de pouvoir positionner exactement l'hélice dans le bassin, tant en profondeur qu'en orientation.Le plus souvent, le moteur est assorti d'un réducteur, étanche lui aussi. Dans le présent texte, on désigne sous le terme général de bassin, tout contenant d'un milieu liquide, quelles que soient sa forme et ses dimensions, et que ledit contenant soit fermé (bassin proprement dit) ou ouvert (canal ou chenal). Les mélangeurs submersibles sont utilisés en particulier dans des bassins de traitement des eaux urbaines et industrielles, notamment bassins d'aération, chenaux d'oxydation. La forme de l'hélice et sa vitesse de rotation sont déterminées en fonction du but recherché: dispersion des particules., mise en suspension ou homogénéisation. Dans tous les cas, la rotation de l'hélice crée un flux hydraulique primaire, qui provoque dans le milieu liquide des turbulences dont l'importance et la localisation sont fonction d'un grand nombre de paramètres: forme, vitesse de rotation, positionnement de l'hélice, forme et dimensions du bassin, volume, densité, et viscosité du milieu liquide etc...D'une manière générale on constate que le liquide n'est pas mis en mouvement de manière identique dans tout le volume du milieu liquide, ce qui peut créer dans certaines zones et après un certain temps de fonctionnement du mélangeur des accumulations de particules et des formations de dépôts. Or on a trouvé et c'est ce qui fait l'objet de l'invention un mélangeur submersible à hélice qui pallie cet inconvénient. Il est de manière connue immergé. Selon l'invention il comporte: a. des moyens d'orientation de l'hélice entre une première et une seconde directions d'attaque, b. et des moyens de commande des moyens d'orientation, actionnés par une horloge programmée en sorte de déclencher le déplacement continu ou séquentiel de l'hélice d'une direction d'attaque à l'autre à des intervalles de temps prédéterminés. Avantageusement, le mélangeur submersible à hélice étant fixé le long d'une paroi du bassin, la première direction d'attaque fait un angle donné par rapport à la perpendiculaire à la paroi au droit de l'hélice et la seconde direction d'attaque fait un second angle donné, adjacent au premier par rapport à la susdite perpendiculaire. On appelle direction d'attaque de l'hélice la direction donnée par son axe de rotation lorsqu'elle fait face au milieu liquide. Le déplacement de l'hélice, lors de son passage d'une orientation à l'autre, doit être rapide en regard de l'intervalle de temps prédéterminé, pendant lequel l'orientation de l'hélice reste la même. Dans les applications habituelles du mélangeur, le déplacement de l'hélice prend un temps qui peut être de l'ordre de quelques minutes ou inférieur à la minute, tandis que l'intervalle de temps prédéterminé peut se mesurer en jour ou eln semaine.Le déplacement de l'hélice est dit continu lorsqu'il s'effectue sans arrêt d'une direction d'attaque à l'autre. Le déplacement est dit séquentiel lorsqu'il s'effectue avec un ou plusieurs arrêts de l'hélice selon une ou plusieurs orientations intermédiaires entre les deux directions d'attaque. De préférence l'intervalle de temps prédéterminé correspond sensiblement au temps d'inversion des rouleaux de recirculation dans le bassin. Ce temps d'inversion est le temps qui s'écoule, à compter d'un changement d'orientation de l'hélice, pour que le milieu liquide atteigne un état stable. On a en effet constaté que la structure globale de circulation du liquide qui est stable à un instant donné, est perturbée par le changement d'orientation de l'hélice et évolue jusqu'à un autre état stable. Selon l'invention, les moyens de commande du mélangeur sont programmés poureffectuer le changement d'orientation de l'hélice lorsqu'un état stable est sensiblement atteint. De préférence les moyens d'orientation comportent des moyens de réglage de l'angle donné de chaque direction donnée à l'hélice, entre 8 et 60 . Les moyens d'orientation consistent par exemple en un système motorisé entraînant en rotation le support du moteur et de l'hélice entre deux positions extrêmes correspondant aux deux directions données de l'hélice. L'invention, ses avantages et caractéristiques, seront mieux compris à la lecture de la description qui va être faite d'un exemple de réalisation et d'application d'un mélangeur submersible à hélice automatisé, illustré par le dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une vue en perspective du mélangeur selon l'invention Les figures 2, 3 et 4 sont des vues de dessus du bassin montrant de manière schématique l'évolution de la structure globale de circulation du liquide due à un changement d'orientation de l'hélice. La partie active du mélangeur consiste dans l'hélice 1 dont l'axe 2 est fixé sur l'arbre tournant du moteur 3. Le moteur 3 est solidaire du support 4, fixé de manière connue et non représenté au poteau 5. Le poteau 5 est placé verticalement dans le bassin, le long d'une paroi 6. Son extrémité inférieure est terminée par un pivot 7, permettant au poteau 5 de tourner sur lui-même; elle prend appui sur un support pivot 8 fixé dans le fond du bassin au droit du poteau 5. L'extrémité supérieure du poteau est enfilée dans la bague 9 d'une potence 10 fixée rigidement dans le sol 11, le long de la paroi 6. Le pivotement du poteau 5 sur lui-même est obtenu par un système à engrenage du type à roue et à vis sans fin. La roue 12 est montée axialement autour du poteau 5 dans sa partie haute, approximativement au niveau du sol 11. La vis sans fin 13, dont le filetage coopère avec les dents de la roue 12, est en bout de l'axe tournant du moteur 14 à double sens de rotation. Le moteur 14 est connecté à l'équipement 15 comprenant un calculateur, un contacteur et une horloge. Le principe du fonctionnement du mélangeur automatisé est le suivant. Lors de sa mise en place dans le bassin, on donne au support 4 l'orientation souhaitée, c'est-à-dire la direction d'attaque prise par l'hélice, définie par l'angle faite par l'axe de rotation 16 de l'hélice par rapport à la perpendiculaire à la paroi 6 du bassin au droit de l'hélice. L'horloge est réglée en sorte d'actionner le contacteur dès qu'une période de temps prédéterminée s'est écoulée. Le calculateur est réglé en sorte d'arrêter le moteur 14 après un nombre déterminé de rotations de son arbre. Le moteur 14 est à double sens de rotation et est monté en sorte que le sens de rotation est inversé à chaque fin de course. Ainsi, l'hélice I étant en rotation de manière permanente, une fois que le temps prédéterminé s'est écoulé, l'horloge actionne le contacteur qui commande la mise en route du moteur 14. Dans sa rotation, l'arbre du moteur fait tourner la vis sans fin 13, qui entraîne en rotation la roue dentée 12 et donc le pivotement sur lui-même du poteau 5. Le nombre de rotations de l'arbre du moteur 14, présélectionné dans le calculateur, est déterminé pour que le pivotement du poteau 5 corresponde à une rotation angulaire de 2 m. Ainsi lorsque le moteur 14 s'arrête, l'orientation de l'hélice est modifiée de 20, et la direction nouvelle de l'hélice fait de nouveau un angle d, par rapport à la perpendiculaire à la paroi 6, mais dans ce cas l'hélice est dirigée vers l'autre bord du bassin. La figure 2 illustre la structure globale de circulation du liquide existant dans le bassin, du fait de l'agitation créée par l'hélice, en régime stationnaire, c'est-à-dire lorsque cette structure est dans un état stable. L'axe de l'hélice 16, correspondant à la direction d'attaque de l'hélice, délimite dans le bassin deux zones A et B o la structure globale de l'écoulement correspond à un mouvement du milieu dans des sens inverses. Du fait de l'orientation de cet axe 16 de l'anglec, la zone B est plus importante en volume que la zone A. On comprend, à l'examen de la figure 2, que si aucune modification n'intervient, les particules se trouvant au coeur des deux zones A et B vont s'accumuler et former des hétérogénéités; de même des dépôts peuvent se former dans les quatre angles du bassin ainsi que dans la zone C située près de la paroi du bassin dans le prolongement de l'axe 16. Ainsi dès que cet état stationnaire est ou va être atteint, la direction de l'hélice est modifiée comme cela est décrit ci-dessus, jusqu'à la position montrée sur les figures 3 et 4, d'angle -4, de même valeur mais adjacent au premier. La nouvelle orientation de l'hélice modifie la structure globale de circulation du liquide dans le bassin. Les zones A et B vont se déformer et se modifier en volume. La figure 3 montre l'état non stationnaire de la structure globale de circulation du liquide, après le changement d'orientation. On constate que la zone A prend de l'importance au détriment de la zone B et que la zone C se déplace le long de la paroi, jusqu'à atteindre sa position définitive, en prolongement de la nouvelle direction d'attaque 16 de l'hélice lorsque l'état est stationnaire (figure 4). Dans un exemple de réalisation, le bassin de traitement des eaux industrielles avait la forme d'un parallélépipède rectangle de longueur 50 m, de largeur 30 m et était rempli jusqu'à une hauteur de 4 m. L'eau était chargée de particules à raison de 10 à 20 g/l. L'hélice, à trois pales, à profil mince, avait un diamètre total de 0,5 m. Sa vitesse de rotation était de 259 t/mn. L'angle( était de 15 . Le temps d'inversion correspondant à l'intervalle de temps nécessaire pour que le milieu liquide atteigne son état stationnaire était de l'ordre d'une journée., L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. Il revient en particulier à l'homme du métier de déterminer le temps d'inversion en fonction des différents paramètres de fonctionnement de son installation. Par ailleurs, l'orientation de l'hélice peut, sans sortir de l'invention, être modifiée par inclinaison du support 4 par rapport à l'horizontale. En général, cette inclinaison est fixée une fois pour toutes pour une installation fonctionnant dans des conditions déterminées. De plus le bassin peut avoir d'autres formes, en particulier il peut être circulaire, auquel cas le poteau sur lequel est fixé le support de l'hélice sera par exemple placé au droit du centre de symétrie du bassin. Le déplacement de l'hélice qui a été décrit dans l'exemple ci-dessus est continu; cependant il peut aussi être séquentiel, auquel cas le déplacement de l'angle 2ose fera en plusieurs étapes avec un arrêt des moyens d'orientation de l'hélice pendant un laps de temps donné à chaque étape. Enfin il est clair que le système motorisé entraînant en rotation le support du moteur peut réunir d'autres moyens que ceux décrits dans l'exemple précité: présence d'un réducteur, utilisation d'un entraînement planétaire, roue dentée fixe coopérant avec un réducteur solidaire du poteau supportant l'hélice. REVENDICATIONS 1. Mélangeur submersible à hélice, caractérisé en ce qu'il comporte: a. des moyens d'orientation (12,13,14) de l'hélice (1) entre une première et une seconde directions d'attaque, b. et des moyens de commande (15) des moyens d'orientation, actionnés par une horloge programmée en sorte de déclencher le déplacement continu ou séquentiel de l'hélice (1) d'une direction d'attaque à l'autre à des intervalles de temps prédéterminés. ' 2. Mélangeur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est fixé le long d'une paroi (6) d'un bassin et en ce que la première direction d'attaque fait un premier angle donné (o() par rapport à la perpendiculaire (17) à la paroi (6) au droit de l'hélice et la seconde direction d'attaque fait un second angle donné, adjacent au premier par rapport à la susdite perpendiculaire. 3. Mélangeur selon l'une des revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les intervalles de temps correspondent sensiblement au temps d'inversion des rouleaux de recirculation dans le bassin. 4. Mélangeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les angles donnés de la première direction et de la seconde direction sont compris entre 8 et 60 . 5. Mélangeur selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'angle donné (c droit de l'hélice (1). 6. Mélangeur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens d'orientation consistent en un système motorisé (12,13, 14) entraînant en rotation le support (4) du moteur (3) et de l'hélice (1) entre deux positions extrêmes correspondant aux deux directions données de l'hélice.