Brevet FR2716000A1 — publié le 19950811

Le dispositif selon l'invention est destiné à injecter un produit liquide dans le flux d'un autre produit liquide, dans des proportions précises, fidèles et ajustables. Dans les cas les plus fréquents, le flux principal est une conduite d'eau devant assurer une fonction d'irrigation agricole avec addition de produits de traitement ou d'engrais, de fourniture d'eau de boisson pour l'alimentation des animaux d'élevage, avec addition d'aliments liquides ou de médicaments, de fourniture d'eau industrielle avec addition de désinfectants, de détergents, d'antiseptiques, etc... Le dispositif selon l'invention comprend essentiellement un moteur hydraulique volumétrique entraîné par le flux principal, agissant comme mesureur de débit et qui entraîne positivement une pompe également volumétrique destinée à l'injection du produit secondaire. Cette pompe à une cylindrée utile variable à volonté pour permettre l'ajustement de la proportion du liquide secondaire injecté dans le flux du liquide principal. On connait plusieurs dispositifs utilisés pour réaliser ce genre de fonction. Le principal reproche fait par les utilisateurs est relatif à l'inconstance de la cylindrée réelle du moteur-mesureur de débit en fonction du régime de travail. L'imprécision de l'ouverture et de la fermeture des systèmes de clapets à bascule par ressorts font que lorsque la fréquence de travail augmente, la course utile des pistons moteurs s'allonge avant que les clapets n'aient pu inverser le sens du flux. II en résulte une augmentation de la cylindrée utile par cycle avec comme corollaire une diminution de la proportion de liquide injecté. Le dispositif selon l'invention comprend un moteur hydraulique et une pompe d'injection de cylindrées rigoureusement constantes. II est remarquable par un système de distribution des fluides, aussi bien principal que secondaire, entraîné positivement, synchrone et en phase correcte et constante par rapport à la position respective des différents pistons. La description des figures jointes, données uniquement à titre d'exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre la chaîne cinématique et le processus original du dispositif selon l'invention. Pour simplifier les explications, il n'est pas fait état des joints et autres dispositifs d'étancheité obligatoires dont ia présence est évidente pour l'homme de l'art. La Fig. 1 représente un dispositif selon l'invention en coupe transversale. Dans le corps principal 1 ont été aménagés 4 alésages, alignés deux par deux, chaque groupe étant sensiblement décalé et orthogonal par rapport à l'autre, recevant respectivement les pistons 2a, 2b, 2c et 2d. Chacun des 4 alésages est fermé par une culasse étanche 3a, 3b, 3c et 3d. Les pistons alignés sont liés par un attelage comprenant deux tiges 4a et 4c, ou 4b et 4d fixées sur une coulisse 5a ou 5b. Chaque coulisse est munie d'une rainure 6a, 6b qui reçoit un galet 7a, 7b tourillonnant sur l'axe excentré 8 reliant deux rotors 9a et 9b. La Fig. 2 représente le même dispositif en coupe longitudinale. On voit l'axe 8 disposé excentriquement dans deux rotors 9a et 9b, portés par deux paliers lOa et lOb qui peuvent être deux roulements à billes. De part et d'autre de ces rotors des manetons il a et 1 1 b ont été disposés, excentrés et dans un plan orthogonal par rapport au plan contenat l'axe 8, l'un au dessus de ce plan, l'autre au dessous. Ces 2 manetons reçoivent chacun un couple d'attelages semblables à ceux des pistons principaux, reliés à des tiroirs 12a, 12b, 12c , 12d etc...ll y a au total 8 tiroirs qui se déplacent dans des alésages disposés dans le corps 1, parallèles aux alésages recevant les pistons moteurs. Chaque piston est associé à deux tiroirs disposés de part et d'autre, et les culasses 3a, 3b, 3c et 3d ont été pourvues de rainures 13a et 13b, 13c et 13d qui mettent en correspondance les tiroirs et les pistons. La disposition relative particulière des axes 8 et il a et 11 b décrite plus haut, ainsi que les judicieusse dimentions des alésages contenant les tiroirs sont telles que lorsque chaque piston moteur se trouve à un point de changement de sens (point mort), les tiroirs associés se trouvent au milieu de leur course respective, I'un sur le point de quitter son alésage, l'autre sur le point d'y entrer. Le corps 1 est fermé, à chaque extrémité, par un fond étanche 14a et 14b relié respectivement au tuyau convoyant le fluide principal, l'un coté amont, l'autre coté aval. Suivant le sens du raccordement de l'appareil au conduit du fluide principal, les rotors tourneront dans un sens ou dans l'autre.Si le fond 14a est relié coté amont, il reçoit le fluide sous pression qui sera distribué par les 4 tiroirs débouchant dans cette cavité vers les pistons moteurs. La disposition en croix des alésages des pistons moteurs fait qu'il y a toujours deux pistons successifs sous pression ce qui assure la continuité et la régularité du mouvement de rotation de l'ensemble tournant sur les paliers 10a et 10b. L'amplitude du déplacement des pistons est fixe et égale à deux fois la valeur de l'excentration de l'axe 8, il en résulte une rigoureuse constance de la cylindrée. La distribution du liquide, aussi bien en phase remplissage qu'en phase échappement, est toujours rigoureusement et positivement contrôlée, les tiroirs assurant avec précision et constance les débuts et les fins de périodes. II en résulte un très faible débit parasite, une bonne aptitude au fonctionnement à très bas régime conduisant à une grande dynamique d'emploi. Les Fig. 1 Fig. 2 et Fig. 3 montrent une disposition particulière où l'un des pistons, le 2c, est prolongé par une tige 15 qui suit exactement les mouvements dudit piston. La culasse qui est associée à ce piston est coiffée à son tour par un bloc 16, les deux recevant 3 passages respectivement alignés avec le piston principal et avec ses deux tiroirs. L'alésage central du bloc 16 reçoit un piston injecteur 17 lié rigidement à un tube 18 entourant la tige 15. Un couvercle amovible 19 permet la mise en place du piston injecteur dans son alésage. Dans les alésages latéraux sont disposés deux tiroirs 20a et 20b reliés rigidement aux tiroirs associés au piston moteur. Ces alésages comprennent des portions avec des diamètres différents, certains ajustés aux joints qui garnissent les tiroirs, d'autres plus grands permettant le passage du liquide autour du tiroir. De chaque coté, 3 conduits débouchent dans les alésages latéraux. Les centraux 21 a et 21b sont disposés vers l'extérieur et reliés, I'un au réservoir de produit à injecter, L'autre à la portion aval de la conduite du fluide principal. Les deux autres 22a, 22b et 23a, 23b sont reliés à l'alésage central. La position des joints des tiroirs et l'emplacement judicieux des différents alésages assurent la mise en communication au bon moment de chaque face du piston injecteur, avec le réservoir de produit à injecter en phase aspiration, et avec la conduite aval, avec interposition d'un clapet de non retour 30, en phase refoulement. Le piston injecteur 17 agit en double effet en donnant un volume de produit par course aller et le même volume par course retour ce qui réalise une injection très régulière et quasi continue dans le flux principal. La face d'extrémité de chaque tiroir située du coté du moteur hydraulique étant obligatoirement soumise à la pression du liquide principal, il est particulièrement avantageux de donner exactement le même diamètre à chaque élément des tiroirs, de fermer l'extrémité 24a, 24b du logement opposée à la liaison mécanique et de disposer, à l'intérieur de chaque tiroir, un conduit 25a, 25b mettant en communication ses deux faces opposées, réalisant ainsi un équilibrage des efforts indépendant du niveau de pression du liquide principal. Le piston injecteur 17 et le tube 18 dont il est solidaire sont libres de se déplacer le long de la tige 15, dans un intervalle "A" déterminé par deux butées, I'une fixe constituée par la pièce de liaison 26 de la tige 15 au piston moteur, L'autre mobile constituée par un écrou 27 disposé sur la partie extrême filetée de la tige 15. Il est avantageux de prévoir des tampons élastiques 28 et 29 intercallés à chaque extrémité du tube 18. Le mouvement résultant du piston 17 sera déterminé par la course du piston moteur diminuée de l'espace "A" laissé libre entre les butées. Si cet espace est nul, la course du piston 17 sera la même que celle du piston moteur et le volume injecté sera maximal. Si cet espace est égal ou supérieur à la course du piston moteur, le mouvement du piston 17 sera nul et il n'y aura aucune injection. Bien entendu toutes les valeurs intermédiaires sont réalisables. Si les quatre pistons principaux ont un diamètre "O" cm et si rexcentration de l'axe 8 est de "L"cm, chaque tour des rotors correspond à un volume de liquide traversant de: V=4x2Lx Ir (D2/4) cm3 Avec un piston-injecteur 17 de diamètre di et un tube 18 de diamètre chaque tour des rotors générera deux injections correspondant à un volume maximal, pour une valeur de"A" égale à 0, de: Vi max = 2 x 2 Lx (di2.dt2)!4 cm3 pour "A" = 2L v min = 0 La gamme des dosages réalisables pour chaque ensemble d'injection va de: Dosage maximal: vimax' =50 (du2 - dut2)2 % à Dosage minimal: 0% Par exemple, si D = 8 cm, di = 3,2 cm et dt = 1,2 cm, le dosage maximal sera de: 50 x (3,22 - 1,22)! 82 = 6,88 % Bien entendu, il est possible de disposer un ensemble complet comprenant un bloc 16, son piston injecteur 17 et ses tiroirs associés 20a et 20b en correspondance avec chacun des quatre pistons moteurs. Si tous les ensembles d'injection sont reliés au même produit à injecter, la somme des débits se fera avec une très grande régularité de dosage. II est également possible de relier chaque ensemble d'injection à un produit différent si les conditions d'emploi le demandent. La figure 4 représente une variante du dispositif selon l'invention où la disposition des tiroirs 32a et 32b permet d'inverser le sens de circulation du liquide secondaire dans l'injecteur. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans le cas où le liquide secondaire n'est pas agressif et où il est possible de l'injecter, à travers le clapet de non retour 31, dans la conduite d'entrée du liquide principal, le brassage au travers du moteur hydraulique conduisant à une meilleure homogénéité du mélange. REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à injecter un produit liquide secondaire dans le flux d'un produit liquide principal, dans des proportions ajustables, composé: - d' un moteur hydraulique volumétrique comprenant quatre pistons 2a 2b 2c 2d, assemblés en deux paires alignées, coulissant dans quatre alésages alignés deux par deux et orthogonaux entr'eux, aménagés dans un corps principal 1 contenant un ensemble axial de rotors 9a, 9b tournant autour de paliers 10a, 10b, réunis par un axe excentré 8 sur lequel viennent s'appuyer les rainures transversales 6a, 6b ménagées dans les pièces 5a, 5b reliant chaque paire de pistons, chaque rotor étant muni d'un maneton excentré, 1 la, 1 1 b décalé de 90" par rapport à la position de l'axe 8, entraînant chacun deux paires de tiroirs 12a, 1 2b disposés dans des logements aménagés de part et d'autre de chaque piston de telle manière qu'ils assurent la communication alternative entre les alésages contenant les pistons et une cavité reliée à l'entrée du liquide principal d'une part, et une cavité reliée à la sortie du liquide principal d'autre part, une culasse 3a, 3b, 3c et 3d assurant à la fois la fermeture des alésages et le passage du liquide principal entre les logements des tiroirs et les alésages contenant les pistons, agencé de telle façon que le tiroir commandant l'entrée du liquide principal permette la communication pendant la durée exacte de la course croissante du piston, et que le tiroir commandant la sortie du liquide principal permette la communication pendant la durée exacte de la course décroissante du piston, - d'un injecteur de liquide secondaire comprenant une tige 15 fixée rigidement à l'un des piston, le long de laquelle est monté un tube 18 portant un piston injecteur 17, coulissant entre une butée fixe 26 côté piston moteur et une butée réglable 27 disposée à l'autre extrémité de la tige 15, comprenant aussi un corps d'injecteur 16 pourvu d'un alésage contenant le piston injecteur et de deux logements latéraux contenant chacun respectivement un tiroir 20a distribuant le liquide secondaire venant du réservoir vers la face du piston injecteur, et un tiroir 20b conduisant le liquide secondaire vers le conduit de sortie du liquide principal, chacun des tiroirs 20a et 20b étant reliés positivement rexpectivement au tiroir moteur 1 2c et au tiroir moteur 1 2d. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque tiroir de l'injecteur de liquide secondaire se déplace dans un logement muni d'une fermeture 24a, 24b à son extrémité opposée à la fixation mécanique, et qu'il est pourvu d'un conduit central 25a, 25b mettant en communication ses faces extrêmes. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le refoulement de l'injecteur de produit secondaire est relié au conduit de sortie du liquide principal par un clapet de non-retour 30. 4 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le refoulement de l'injecteur de produit secondaire est relié au conduit d'entrée du liquide principal par un clapet de non-retour 31. 5 - Dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le tube coulissant 18 vient s'appuyer sur des tampons élastiques 28 et 29 associés à ses butées respectives 26 et 27. 6 - Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que plusieurs injecteurs de liquide secondaire sont disposés chacun en liaison avec l'un des pistons du moteur hydraulique. 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que tous les injecteurs de liquide secondaire sont alimentés avec le même produit. 8 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les injecteurs de liquide secondaire sont alimentés avec des produits différents.