Brevet FR2680982A1 — publié le 19930312

DESCRIPTION DE L'APPAREIL L'appareil selon l'invention est un filtre à liquide (eau en principe) à placer en amont d'un système d'irrigation de type "réseau goutte à goutte" ou équivalent. Il a pour fonction de débarrasser l'eau des particules pouvant obstruer les tuyaux et les orifices de sortie d'eau. Il est en particulier adapté à filtrer une eau de rivière chargée d'algues ou tout autre corps de densité voisine de celle de l'eau et qui se situerait indifféremment en surface, entre deux eaux ou au fond. Ces corps sont généralement fragiles et il convient de les évacuer sans les casser afin d'éviter une obstruction rapide du système de filtration. Pour fonctionner sur de longues périodes, ce filtre est muni d'un système de lavage de ses tamis et d'évacuation des dépots de filtration. Ce système provoque automatiquement une opération de lavage du filtre à partir d'un certain degré d'obstruction des tamis. Le principe hydromécanique de ce système permet au filtre de fonctionner en toute autonomie et sans intervention humaine chaque fois que le lavage et la désobstruction sont nécessaires. L'appareil selon l'invention, c'est à dire le filtre muni de son système de lavage automatique permet d'alimenter le réseau d'irrigation pendant de longues périodes sans nécessiter d'intervention humaine. Mettant en jeu des principes mécaniques et hydromécaniques ne nécessitant aucune commande ou apport d'énergie externe pour le déclenchement et la réalisation des opérations de lavage, son emploi convient particulièrement aux zones rurales qui ne sont pas forcément alimentées en électricité. Certains principes de ce filtre sont connus mais l'originalité de l'appareil repose sur le fait que l'eau qui sert au nettoyage des filtres est elle même filtrée de manière à ne pas encrasser l'envers des filtres. L'appareil selon l'invention est composé d'un bloc filtre réalisant l'opération de filtration de l'eau, associé à un système de commande de lavage. Ce système commande les deux modes de fonctionnement du bloc filtre: le mode de filtration normal, le mode de rétrolavage des filtres. Le bloc filtre est représenté en figure 1. Il est composé d'un corps cylindrique (1) muni d'une grille de filtrage d'algues (3), d'un tamis à mailles intermédiaires (4) et d'un tamis à mailles fines (6). La double paroi à la partie inférieure du corps cylindrique forme un réservoir de déjection (8). La grille de filtration est balayée par des racloirs (9). Elle réalise avec les deux tamis, trois étapes sucessives de filtration de plus en plus fines. Le bloc filtre est raccordé dans sa partie supérieure au tuyau d'arrivée d'eau (10), dans sa partie inférieure au tuyau d'eau filtrée (11) partant au réseau d'irrigation, et sur ses cotés au tuyau d'eau de lavage (12) et au tuyau de rejet de lavage (13). Le système de commande de lavage représenté figure 2 est un ensemble hydromécanique comportant vannes, pistons, bacs temporisateurs ainsi que la tuyauterie de raccordement de ces différents éléments. Pour diriger le mode de fonctionnement du bloc filtre, le système de commande assure de manière autonome et automatique les fonctions suivantes: - La détection du seuil de saturation du bloc filtre en évaluant la chute de pression dans le tuyau d'eau filtrée provoquée par l'obstruction des tamis. - Le passage du mode de fonctionnement normal de filtration au mode de rétrolavage des filtres par commande sur les vannes équipant les tuyaux raccordés au bloc filtre. - Le maintien du mode de rétro lavage pendant une durée réglable, suffisante pour un nettoyage convenable de la grille et des tamis. - Le retour au mode normal de filtration, une fois le lavage effectué, par action sur les vannes équipant les tuyaux raccordés au bloc filtre. Comme expliqué précédemment, le bloc filtre fonctionne selon deux modes. En mode de fonctionnement normal de filtration, les vannes équipant le tuyau d'arrivée d'eau (10), et le tuyau d'eau filtrée (11) sont ouvertes; Celles équipant le tuyau de lavage (12) et le tuyau de rejet de lavage (13) sont fermées. L'eau d'arrivée chargée d'impuretés et d'algues est introduite tangentiellement dans la partie supérieure du corps cylindrique. Elle fait tourner une hélice (2) à plusieurs pales avant de passer au travers de la grille de filtrage d'algues (3). Cette grille conique percée de trous évasés retient les impuretés les plus grossières parmi lesquelles les algues. Des racloirs souples équipant les pales de l'hélice balayent la grille conique, les algues qui n'ont pas été cassées à cause de la forme évasée des trous de la grille vont tomber dans le réservoir de déjection (8). L'eau est ainsi débarassée de la plus grande partie de ses impuretés. Après ce premier stade de filtration, l'eau passe successivement par un tamis à mailles intermédiaires (4) et un tamis à mailles fines (6). Passées ces derniers stades de filtration, l'eau a un degré de pureté suffisant pour être acheminée au réseau d'irrigation par le tuyau d'eau filtrée. Au bout d'un certain temps de marche en mode normal de filtration, les tamis et la grille atteignent un certain degré d'obstruction qui fait chuter la pression dans le tuyau d'eau filtrée. Le système de commande inverse alors la position des vannes sur les tuyaux raccordés au bloc filtre et le bloc filtre passe en mode de lavage. Dans ce mode, les vannes équipant le tuyau d'arrivée d'eau et le tuyau d'eau filtrée sont fermées. L'eau de lavage pénètre dans les deux serpentins (5) et (7) installés sous chacun des tamis de filtration. L'eau sort des serpentins par des trous pratiqués tout au long de leur partie supérieure et décolmate par rétrolavage des tamis les résidus de filtration. Le flux de l'eau est inversé par rapport au flux en mode normal de filtration. Au dessus de chaque tamis, les particules décollées sont évacuées par un orifice débouchant sur le tuyau de rejet de lavage. Au niveau de la grille conique, le flux de circulation d'eau est aussi inversé. Les résidus de filtration sont amenés dans le réservoir de déjection et toutes les impuretés se trouvant dans ce réservoir sont évacuées par l'orifice pratiqué dans sa partie inférieure et raccordé au tuyau de rejet de lavage. L'eau utilisée pour le lavage des filtres est une eau pure débarassée de ses impuretés par un filtre auxiliaire (14). La phase de lavage des filtres se prolonge jusqu'à une évacuation satisfaisante des particules du bloc filtre. Sa durée réglable est contrôlée par le système de commande de lavage. En fin de phase de lavage, le système de commande inverse la position des vannes équipant les tuyaux raccordés au bloc filtre et l'ensemble se remet à fonctionner en mode normal de filtration. Le système de commande du bloc filtre est un ensemble d'éléments hydromécaniques ayant pour fonction de diriger le mode de fonctionnement du bloc filtre. Il réalise sa fonction de manière complètement autonome et sans apport d'énergie ou de commande externe chaque fois qu'une opération de lavage du filtre est nécessaire. Tous les éléments constitutifs sont raccordés entre eux par un réseau de tuyauterie décrit figure 2. Le système de commande est composé de 7 vannes (V1) à (V7), 3 pistons (P1) à (P3), 1 distributeur principal (D1), 2 distributeurs secondaires (D2) et (D3), 2 bacs temporisateurs (B1) et (B2), ainsi que 3 clapets anti retour (C1) à (C3). Le fonctionnement des vannes, pistons et clapets antiretour n'est pas décrit car il s'agit d'éléments standard. Le piston (P1) commande les vannes (V1), (V2), (V3), (V6) et (V7), ainsi que la vanne (V5) lors de sa phase ascendente uniquement. Le piston (P2) commande la vanne (V4). Le piston (P3) commande la vanne (V5) dans sa phase descendante. La vanne (V6) est une vanne trois voies, il est possible par cette vanne de relier l'arrivée d'eau par le filtre auxiliaire au piston (P3), de sorte que la vanne (V6) pilote le piston (P3) vers le bas uniquement. dans la deuxième position, la vanne (V6) relie le piston à l'air libre. La remontée du piston (P3) étant assurée par le piston (P1) lorsque ce dernier remonte et que la vanne (V6) se trouve en position échappement libre. Les bacs temporisateurs sont décrits sur la figure 3. Ils règlent la durée des opérations de lavage des filtres. La durée de temporisation est fixée par le temps de remplissage du bac. Cette durée s'ajuste en ouvrant plus ou moins le robinet de temporisation. Le bac est muni d'un purgeur d'air permettant d'une part à l'air de s'échapper lors du remplissage et d'autre part la vidange du bac par le robinet de réglage en l'absence d'alimentation. Le bac temporisateur (B1) détermine la durée du rétrolavage. Le bac temporisateur (B2) détermine une temporisation en fin de cycle de lavage qui permet à l'eau filtrée de circuler à nouveau dans le tuyau d'eau filtrée vers le réseau d'irrigation, et donc de rétablir la pression dans ce tuyau avant que ne soit remise en position initiale , c'est à dire ouverte, la vanne (V4). Si cette temporisation n'avait pas lieu, en fin de cycle de rétrolavage la trop faible pression dans le tuyau d'eau filtrée serait interprétée comme une chute de pression dans le bloc filtre et un nouveau cycle de lavage serait commandé. Le distributeur principal est décrit figure 4. Il comprend deux entrées (El) et ( E2) et un échappement (E3). Une partie mobile (15) maintenue par un ressort autorise ou pas le raccordement de (E2) à (E3) en fonction des pressions résidant en (El) et (E2). Dans le système de commande, le distributeur principal est raccordé en (El) à la sortie du bloc filtre sous pression pl et raccordé en (E2) à la sortie du filtre auxiliaire sous pression d'alimentation p. Du coté de (El), la partie mobile est soumise à la force F1=plxSl et à la force de compression du ressort Fr. Du coté de (E2), elle est soumise à la force F=pxS. Lorsque le bloc filtre se bouche, p1 diminue et chute jusqu'à une certaine valeur au dessous de laquelle la somme F1+Fr devient inférieure à F. La partie mobile (15) se déplace alors, laissant l'eau circuler de l'entrée (E2) à l'échappement (E3). Les distributeurs secondaires (D2) et (D3) sont raccordés au piston tel qu'indiqué sur la figure 5; Ils ont chacun deux entres (El) et (E2) et un échappement (E3). La partie mobile (16) est maintenue par un ressort. Selon la valeur de la pression appliquée en (E2), le distributeur autorise ou non le raccordement de (E1) à l'échappement (E3). Le fonctionnement général du système de commande s'inscrit dans un cycle de neuf étapes, chacune décrite par une des figures 6 à 14 précisant la position de chacun des éléments constitutifs du système. La circulation de l'eau est indiquée en grisé. Lorsque le bloc filtre est en mode normal de filtration le système est à l'ETAPE 0. La chute de pression dans le tuyau d'eau filtrée provoquée par l'obstruction des filtres fait basculer le distributeur (D1). Aux ETAPES 2 et 3, la montée du piston (P1) est autorisée par la position des distributeurs secondaires (D2) et (D3). Le piston (P1) ferme les vannes (V1) et (V3), ouvre la vanne (V2), et oriente la vanne (V6) à l'échappement avant d'ouvrir en fin de course les vannes (V7) et (V5). Le piston (P3) dont le piston est lié à la vanne (V5) est remonté par action mécanique de (P1). Le bloc filtre est alors en mode de lavage et y reste pendant le temps de remplissage du bac de temporisation (spi). Lorsque (B1) est plein, ETAPE 4, le piston (P2) monte et ferme (V4). La bascule des distributeurs secondaires (D2) et (D3) provoque alors la descente du piston (P1), ETAPE 5, qui ferme les vannes (V7) et (V2) et ouvre les vannes (V1) et (V3). Le bloc filtre refonctionne en mode de filtration normal. L'arrivée du piston (P1) en position basse provoque, ETAPE 6, la bascule de la vanne (V6) coté piston (P3). Le piston (P3) bascule alors, ETAPE 7, pour fermer (V5). Le bac temporisateur (B2), qui s'était vidé pendant que la vanne (V3) était fermée, se remplit à nouveau. Lorsque le bac (B2) est plein, le piston (P2) descend, ETAPE 8, pour ouvrir la vanne (V4). Le distributeur principal (D1) ayant retrouvé sa position de repos au cours de la temporisation crée par (B2) pendant les ETAPES 5, 6 et 7, le système retrouve sa configuration initiale de l'ETAPE 0, à l'issue de l'ETAPE 8. le cycle est alors achevé. Au cours du cycle de fonctionnement, le système de commande a assuré dès l'obstruction des filtres, l'éxécution d'une manoeuvre de lavage pendant un temps déterminé avant d'ordonner le retour du fonctionnement du bloc filtre en mode normal de filtration. Le dispositif selon l'invention fonctionne de manière parfaitement autonome et ne nécessite aucune intervention humaine. Ainsi cet appareil de filtrage peut assurer un service continu de très longue durée, ce qui permet son utilisation pour une installation en milieu rural. Le cycle complet du système de commande est détaillé par le récapitulatif de fonctionnement et le GRAFCET qui font suite. RECAPITULATIF FONCTIONNEMENT ETATS EN FIN D'ETAPEN 0 3 5 7 8 Vanne V1 O F F O O Vanne V2 F O O F F VanneV3 o F F O O VanneV4 O O F F O Vanne VS F o o F F Vanne V6 coté piston Echappement Echappement coté piston coté piston Vanne V7 F o o F F Piston P1 B H départ vers le bas B B Piston P2 B B H H B Piston P3 B H | H B B Bac B1 vide seremplit Plein se vide vide Bac B2 plein se vidc se vide se remplit plein Distributeur D1 Bloqué Passant Bloqué Description Etatrepos rétrolavage fin du fin du Etat repos Filtrage durée rétrolavage rétrolavage Filtrage Normal déterminée Tempo 32 Normal Par B1 REMARQUES Vanne O=Onverte Conventions: F=Fermée P1 commande: par"2": V1,V2,V3,V6(échappt). par"b":V7,V5(ouverture) Piston H=Haut par"a'":V6(coté piston) B=Bas P2 commande V4 P3 commande V5(fermeture) GRAFCET NIVEAU 1 état L | (Filtrage nonn ai) ouverture D1 Monte Monte a (mi-course du piston 1) I r > - 'D' Monte V1 V2 V3 V6 Ferme Ouvre Ferme Echap E b(fin course haute piston 1) 3 P1 Monte V5 V7 -IP3 estremonté 1 Ouvre Ouvre IparP1 (Début Lu rétrolavage) B1 plein P1 Haut IV4 ]Fermeture IMonte V4 Fermée 5 P1 V7 V1 V2 V3 descend Ferme ouwe Ferme ouvre (Fin du rétrolavae) P1 arrive en bas (a') I I-, I P1 1CT/ 1 I I descend Vt) coté piston 3 Note: Ferrneture de D1 entreles V6 coté piston étapes 5 et 7 P3 V5 descend Ferme ~ B2 plein B2 plein 8 P2 descend ouverture V4 ouvert REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtration d'eau pour réseau d'irrigation, caractérisé en ce qu'il est composé d'un bloc de filtrage associé à un système hydromécanique de lavage à cycle automatique, lequel système est relié au bloc de filtrage par 4 tuyaux munis des 4 vannes (V1), (V2), (V3) et (V7) pour faire fonctionner le filtre selon deux modes mode normal de filtration ou mode de lavage des filtres. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système de commande est composé d'un ensemble d'éléments hydromécaniques reliés entre eux par des tuyaureries, ces éléments étant 1 vanne (V1) équipant le tuyau d'arrivée d'eau (10), 1 vanne (V2) équipant le tuyau de rejet de lavage (13), 1 vanne (V3) équipant le tuyau d'eau filtrée (11), 3 vannes (V4), (V5) et (V6), une vanne (V7) équipant le tuyau d'eau de lavage (12), 1 piston (P1) commandant les vannes (V1), (V2), (V3), (V5), (V6) et (V7), 1 piston (P2) commandant la vanne (V4), 1 piston (P3) commandant la vanne (V5), 1 distributeur principal (D1), 2 distributeurs secondaires (D2) et (D3), 2 bacs temporisateurs (bai) et (B2) ainsi que 3 clapets antiretour (C1) à (C3). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le système hydromécanique fonctionne sur un cycle de 9 étapes. A l'étape 0, le bloc filtre est en mode de filtration normale. à l'étape 1, le distributeur (D1) a basculé. Aux étapes 2 et 3 les pistons (P1) et (P3) sont montés et le bloc filtre est en mode de lavage. A l'étape 4 le piston (P2) est monté. A l'étape 5, les distributeurs secondaires (D2) et (D3) ont basculé, le piston (P1) descend et le bloc filtre refonctionne en mode de filtration normale. A l'étape 6, le piston (P1) est en position basse. A l'étape 7 le piston (P3) descend. A l'étape 8, le piston (P2) descend en achevant le cycle. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les 2 temporisations (B1) et (B2) assurent une durée réglable du temps de lavage et autorisent le retour du système à l'état initial en fin de cycle de lavage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bloc filtre est muni d'une grille (3) percée de trous évasés et inclinés à 45 degrés permettant de ne pas rompre les algues. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bloc filtre est muni d'une grille (3) dont la forme conique permet d'évacuer les algues à la périphérie dans le magasin de déjection (8) lorsque les algues sont balayées par les racloirs (9).