Brevet FR2754871A1 — publié le 19980424

La présente invention concerne un régulateur de débit d'eau en sortie d'un réservoir, pour délivrer de l'eau à un débit inférieur ou égal à un débit donné. L'invention concerne également une installation d'épuration d'eau pour séparer les boues et les hydrocarbures, comprenant - une chambre formant un débourbeur en entrée, recevant l'eau à traiter pour en éliminer les particules lourdes des boues, - suivie d'une chambre formant un séparateur pour séparer les hydrocarbures, cette chambre étant munie d'une sortie immer gée, - la chambre du débourbeur communiquant avec la chambre du sé parateur par un passage, - un niveau d'eau nominal étant défini dans la chambre du dé bourbeur, ce niveau correspondant à un débit nominal à tra vers l'installation. I1 est nécessaire de réguler le débit d'eau en sortie de bassins ou de réservoirs recueillant les eaux de pluies et les restituant à des systèmes d'arrosage ou alimentant des installations d'épuration. Les installations d'épuration ou de séparation sont destinées à traiter des quantités variables d'eau, par exemple à la suite d'un orage. En effet, les eaux de ruissellement ou effluents, surtout les eaux urbaines, ne peuvent pas être rejetées directement dans les rivières car par leur ruissellement elles accumulent non seulement les boues mais éventuellement aussi les hydrocarbures. I1 faut donc traiter ces eaux avant de les rejeter. Ces eaux peuvent être stockées provisoirement dans des bassins de retenue que l'on vide progressivement. L'eau provenant par exemple de tels bassins doit être débourbée et séparée de ses hydrocarbures. Cette double séparation se fait dans des installations du type défini ci-dessus, conçues pour un certain débit ou débit nominal. Si le débit est supérieur à ce débit nominal, l'installation ne fonctionne plus correctement ; la vitesse de circulation de l'eau dans la chambre du débourbeur est trop rapide pour que les particules lourdes puissent se déposer par décantation et former les boues ; en aval, l'agitation de l'eau et sa circulation sont trop rapides pour que les particules d'hydrocarbures en suspension dans l'eau puissent remonter et être retenues efficacement de la surface de l'eau dans la chambre du séparateur. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un régulateur de débit d'eau en sortie de réservoir ou de bassin d'un système de distribution d'eau ou de rejet d'eaux et notamment une installation du type défini ci-dessus, permettant de traiter efficacement des eaux chargées, quel que soit le débit d'eau en amont de l'installation. A cet effet, l'invention concerne un régulateur de débit destiné à réguler le débit d'eau en sortie d'un réservoir, caractérisé en ce qu'il comprend - une virole fixe ouverte sur la sortie et dont le fond est fermé du côté du réservoir, cette virole comportant au moins une ouverture située sous le niveau nominal du réservoir, - une virole mobile à fond fermé, emmanchée coaxialement sur la virole fixe, pouvant pivoter par rapport à celle-ci, et com portant au moins une lumière susceptible de couvrir l'ouverture de la virole fixe, par pivotement de la virole mobile autour de leur axe commun et définir ainsi une section de passage, - un flotteur étant radialement solidaire de la virole mobile pour la pivoter autour de son axe en fonction du niveau de l'eau dans le réservoir et régler ainsi le débit malgré l'augmentation éventuelle du niveau d'eau dans le réservoir. L'invention concerne également une installation de traitement du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le régulateur de débit en parallèle au passage principal comprend * une virole fixe ouverte sur la chambre du séparateur et dont le fond est fermé du côté de la chambre du débourbeur, cette virole comportant au moins une ouverture située sous le ni veau nominal de la chambre du débourbeur, * une virole mobile à fond fermé, emmanchée coaxialement sur la virole fixe, pouvant pivoter par rapport à celle-ci, et com portant au moins une lumière susceptible de couvrir l'ouverture de la virole fixe, par pivotement de la virole mobile autour de leur axe commun et définir ainsi une section de passage, * un flotteur étant radialement solidaire de la virole mobile pour la pivoter autour de son axe en fonction du niveau de l'eau dans la chambre du débourbeur et régler ainsi le débit malgré l'augmentation éventuelle du niveau d'eau dans la chambre du débourbeur. Dans les conditions de fonctionnement normales, le cumul des passages entre les deux chambres est suffisant pour permettre le passage de l'eau débourbée, vers le séparateur d'hydrocarbures. Lorsque par suite de chutes de pluie importantes le niveau monte dans la chambre du débourbeur, le flotteur se soulève et fait pivoter de manière correspondante la virole mobile qui ferme progressivement l'ouverture de la virole fixe, de manière à donner en sortie, c'est-à-dire à travers la surface laissée libre entre l'ouverture de la virole fixe et la lumière de la virole mobile, un débit limité au débit nominal, malgré l'augmentation de la pression au niveau de cette surface à cause de la montée des eaux dans la chambre du débourbeur. Le flotteur fait suivre à la virole mobile l'évolution du niveau d'eau dans la chambre du débourbeur. Le régulateur de l'installation selon l'invention permet ainsi de régler automatiquement le débit à travers la chambre du débourbeur en fonction du niveau d'eau. Cela se traduit par une montée de l'eau en amont de l'installation ; cette eau retenue sera traitée progressivement par l'installation puisque par hypothèse cette arrivée d'eau en excédant correspond à une chute d'eau brutale et de durée relativement courte comme un orage. Le montage du régulateur est extrêmement simple, d'autant plus que la virole fixe peut être portée par une plaque fixée à la cloison séparant la chambre du débourbeur et celle du séparateur, au droit d'une ouverture dans la cloison. Comme la virole mobile est montée pivotante sur la virole fixe, notamment grâce à un palier porté par la virole fixe et par la virole mobile, les deux viroles sont parfaitement tenues et centrées l'une par rapport à l'autre et peuvent pivoter pratiquement sans frottement, d'autant plus qu'entre les deux viroles il y a un film de liquide. En fin de course il est prévu une butée pour la position basse et une butée pour la position haute du flotteur. Dans ces conditions, le système de régulation de débit ne fonctionne que jusqu'à une certaine limite tant vers le bas que vers le haut. De manière plus particulière, suivant d'autres caractéristiques de l'invention - la virole fixe comporte deux ouvertures dans des positions diamétralement opposées et la virole mobile comporte deux lu mières associées de manière à doubler la surface d'ouverture sur une même longueur des viroles. - le fond de la virole fixe porte extérieurement un manchon formant un palier et le fond de la virole mobile est traversé par un manchon destiné à coiffer le manchon formant palier de la virole fixe pour centrer la virole mobile sur la virole fixe et permettre de retenir la virole mobile par une liaison à vis. - l'installation comporte une butée basse et une butée haute pour limiter le mouvement de la virole mobile. - la butée basse et la butée haute coopèrent avec le flotteur. L'installation se monte très simplement puisqu'après la mise en place de la virole fixe contre la paroi séparant la chambre du débourbeur de celle du séparateur, il suffit d'emmancher la virole mobile sur la virole fixe et de tenir l'ensemble réuni par une vis prévue au fond de la virole mobile. Il convient de remarquer que le montage du régulateur tel que décrit ci-dessus peut également se faire dans une installation d'épuration déjà existante. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un régulateur de débit selon l'invention, appliqué à une installa tion d'épuration représentée dans les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective, éclatée d'une installation, - les figures 2A-2C montrent diverses positions de pivotement de la virole mobile par rapport à la virole fixe pour définir différentes sections de passage. - les figures 3A-3C montrent le niveau de liquide dans la chambre de débourbeur et la position correspondante du flotteur. Selon la figure 1, l'invention concerne un régulateur de débit équipant une installation d'épuration d'eau permettant de séparer les boues et les hydrocarbures entraînés par l'eau de ruissellement, par exemple à la suite dune chute d'eau brutale, à 12occasion de l'orage. L'eau en excédent est retenue en amont de l'installation dans des bassins de retenue non représentés. De tels bassins peuvent être équipés de régulateurs de débit en sortie, par exemple lorsqu'ils alimentent un système de distribution d'eau, par exemple d'arrosage ou d'irrigation. Dans le cas d'eaux à épurer, les bassins alimentent des installations d'épuration telles que celle décrite ciaprès et qui sont, elles, équipées d'un régulateur de débit selon l'invention. Dans ce cas, le réservoir dont l'eau doit sortir de manière régulée, est la chambre de débourbeur et la sortie de l'eau en aval du régulateur est la chambre de séparateur. L'installation proprement dite comprend schématiquement une première chambre 1 ou chambre de débourbeur suivie d'une seconde chambre 2 ou chambre de séparateur. Ces deux chambres sont représentées par des volumes parallélépipédiques. D'autres volumes sont envisageables et en particulier des volumes cylindriques. La chambre de débourbeur l reçoit de l'eau à nettoyer. Cette chambre est reliée aux installations en amont par une entrée il. Cette chambre l reçoit l'eau chargée de particules et le cas échéant d'hydrocarbures. Les particules tombent au fond de la chambre sous l'effet de la gravité pour y consti tuer une couche de boue. Les particules flottantes et notamment les gouttes d'hydrocarbures ne sont pas concernées par cette chambre 1. La seconde partie de l'installation est constituée par la chambre de séparateur 2. I1 s'agit d'un volume également parallélépipédique dans cet exemple. Dans cette chambre de séparateur 2, la circulation d'eau se calme pour permettre aux gouttes d'hydrocarbure, dispersées dans l'eau, de remonter en surface et de flotter. L'eau débarrassée des particules d'hydrocarbures est évacuée par la sortie 21 qui comporte un bec 22 d'entrée, descendant nettement sous le niveau d'eau maximum de cette chambre, pour ne laisser passer que le liquide en partie basse du volume de liquide, c'est-à-dire non pas le liquide en surface, chargé d'hydrocarbures. Les deux chambres sont séparées de manière étanche par une cloison 3. L'installation d'épuration est conçue pour traiter un certain débit d'eau, par exemple 125 1/s. I1 s'agit du débit dit nominal (Qm) correspondant en fait au débit maximum que peut traiter l'installation. Tout dépassement de ce débit nominal se traduit par un mauvais fonctionnement de telle ou telle partie de l'installation, par exemple une mauvaise séparation des particules lourdes dans le débourbeur à cause de l'agitation excessive de l'eau dans cette chambre ou une mauvaise séparation des hydrocarbures qui n'ont pas le temps de remonter à la surface dans la chambre 2 et sont entraînés avec l'eau rejetée et supposée nettoyée. Le niveau d'eau 12 dans la chambre du débourbeur, qui correspond à ce débit nominal (Qm) est indiqué par un trait pointillé à la figure 1. Ce niveau d'eau 12 constitue un niveau de repère pour le bon fonctionnement de l'installation. Dans le présent exemple, le transfert de l'eau entre les chambres 1 et 2 se fait par l'intermédiaire d'un passage principal 31 réalisé dans la cloison 3 en dessous du niveau d'eau nominal 12. Ce passage 31 a une surface correspondant à un débit maximum inférieur au débit nominal. En fait, la surface de ce passage 31 est calculée pour une hauteur d'eau qui peut être importante (niveau des plus hautes eaux : NPHE) et par un tel niveau le régulateur est en fait fermé, puisqu'il est déjà en fin de course. Dans certaines installations, il n'y a pas de passage principal 31 et toute l'eau passe par le régulateur. Le passage de l'eau entre les deux chambres 1 et 2 se fait également à travers un régulateur de débit portant globalement la référence 4. Ce régulateur de débit permet de maintenir constant le débit maximum de l'eau entre les deux chambres 1, 2 malgré l'élévation de niveau de l'eau dans la chambre de débourbeur 1. Le régulateur de débit 4 se compose d'une virole fixe 41, c'est-à-dire d'un manchon cylindrique de section circulaire porté par une plaque de support 42 fixée à la cloison 3 par des moyens non représentés. Cette virole fixe 41 a son extrémité, du côté de la cloison 42, ouverte, alors que son extrémité opposée est fermée par un fond 43 portant un manchon 44 constituant un palier dont le rôle sera décrit ultérieurement. Cette virole fixe 41 comporte au moins une ouverture 45 et de préférence deux ouvertures diamétralement opposées. L'ouverture 45 est une découpe rectangulaire, allongée, située juste en dessous du niveau 12, répercuté également sur la virole 41. Il est à remarquer que cette virole 41 est située légèrement avec son axe en dessous du niveau d'eau 12 pour que le bord supérieur de chacune des ouvertures 45 (elles-mêmes diamétralement opposées) soit juste au niveau 12. Le régulateur comprend également une virole externe 51 formée par un manchon cylindrique de section circulaire, légèrement supérieur à la section de la virole fixe 41 pour pouvoir s'emmancher sur celle-ci. Cette virole mobile 51 est ouverte à son extrémité tournée vers la virole 41 selon la figure 1 ; son autre extrémité est fermée par un couvercle 53 muni d'un orifice traversant son milieu, bordé par un manchon 54 destiné à coopérer avec la manchon 46 pour servir d'appui, de centrage et de pivotement. La virole mobile 51 est munie d'une lumière 55 rectangulaire et d'une lumière 56 triangulaire. Lorsque la virole mobile 51 est emmanchée coaxialement sur la virole fixe 41, par pivotement, la lumière 55 doit être mise par-dessus l'ouverture 45 de façon à définir le même passage. Par contre, lorsque par pivotement de la virole 51 autour de la virole 41, la lumière 56 vient par-dessus l'ouverture 45, elle ferme progressivement cette ouverture pour ne laisser en fin de pivotement qu'une ouverture minimale. Cette fermeturé progressive a pour but de diminuer la section, c'est-à-dire de compenser l'élévation de niveau d'eau dans la chambre de débourbeur au-dessus du niveau nominal 12, et qui, si elle n'était pas compensée, provoquerait une augmentation du débit à travers le régulateur. I1 est à remarquer que la fermeture partielle de l'ouverture 45 ' par l'ouverture 56 tient compte de l'augmentation de débit à travers l'éventuel passage principal 31 lorsque le niveau d'eau augmente dans la chambre 1. Pour tenir compte automatiquement du niveau du liquide, la virole mobile 51 est munie d'un flotteur 57, monté solidairement radialement par l'intermédiaire d'une branche 58 à la virole 51. La position relative du flotteur 57 et des lumières 55, 56 de la virole mobile 51 est choisie en fonction du niveau d'eau 12 correspondant au débit nominal. Si la virole fixe 41 comporte deux ouvertures 45, les ouvertures 55 et 56 de la virole mobile 51 sont également dupliquées dans des positions diamétralement opposées pour coopérer avec l'ouverture 45 comme cela a été décrit. En principe, une seule ouverture 45 et un seul jeu de lumières 55, 56 permettraient au régulateur de fonctionner. Toutefois, comme l'ouverture 45 et les lumières 55, 56 doivent avoir une certaine surface en dessous du niveau 12, il faudrait dans certains cas allonger les viroles 41 et 51. Une solution plus simple consiste à multiplier cette surface des ouvertures 45, 55, 56 par deux en dupliquant simplement ces ouvertures dans une position diamétrale par rapport à chacune des viroles 41, 51 respectives. Le mouvement de pivotement commandé par le flotteur 57, en fonction du niveau bas et du niveau haut de liquide dans la chambre de débourbeur 1, est limité par deux butées, une butée basse 61 et une butée haute 62, constituées par des tiges solidaires de la plaque 42 et entre lesquelles peut se déplacer la tige radiale 58 portant le flotteur 57. Les butées 61, 62 pourraient également coopérer avec des éléments de butées portés par la virole mobile 51. Bien que la description ci-dessus concerne une réalisation de régulateur à deux ensembles d'ouvertures et de lumières, les viroles fixe et mobile pourraient avoir un nombre plus grand de tels ensembles, suivant la place disponible à la périphérie des viroles. Le montage du régulateur est très simple. I1 suffit d'emmancher la virole mobile 51 sur la virole fixe 41 en engageant le manchon 54 par-dessus le manchon 46 et en bloquant l'ensemble en translation par une liaison à vis figurée par l'écrou 7. Dans ce cas, le manchon 46 peut comporter un filetage ou se terminer par une tige filetée. Les figures 2A, 3C et 3A-3C permettent d'expliciter le chevauchement de l'ouverture 45 et des lumières 55, 56 suivant la position du flotteur. La figure 2A montre la position de la virole mobile 51 par rapport à la virole fixe (n'apparaissant pas à cette figure) pour un niveau de liquide 12 dans la chambre de débourbeur. Le liquide est au niveau correspondant au débit nominal. Dans ces conditions (figure 3A), le flotteur 57 occupe sa position basse, d'ailleurs limitée par la butée 61 contre laquelle s'appuie le bras de flotteur 58. Cette position de pivotement de la virole mobile 51 par rapport à la virole fixe 41 du régulateur 4 définit le passage apparaissant par la surface hachurée S1 à la figure 2A. Cette surface hachurée correspond à la superposition de la lumière 55 de la virole mobile 51 et de l'ouverture 45 de la virole fixe. Cette surface S1 de passage du liquide complète le débit de liquide à travers le passage 31 et le total correspond au débit nominal. En fait, et suivant une variante n'apparaissant pas directement à cette figure, comme cela a été indiqué précédemment, l'ouverture 45 est dédoublée dans une position symétrique et il en est de même de la lumière 55. I1 convient de rappeler ici que l'axe de rotation de la virole 51 (et l'axe de la virole 41) se situe en dessous du niveau de débit nominal 12 pour que les deux lumières diamétralement opposées 45 soient toutes deux en dessous du niveau 12. Les figures 2B, 3B correspondent à une élévation de niveau de liquide dans la chambre de débourbage. Le niveau du liquide est alors le niveau 121 qui se situe au-dessus du niveau nominal 12. (le niveau nominal 12 correspond toujours à l'arête supérieure de l'ouverture 45 de la virole fixe 41). Dans cette position, le flotteur 57 s'est soulevé et a fait pivoter la virole mobile 51 dans le sens de la flèche A. Ce pivotement fait que la lumière 55 descend en partie en dessous du bord inférieur de l'ouverture 45 de la virole fixe. La section de passage commune entre l'ouverture 45 et la lumière 55 correspond à la bande horizontale hachurée. Cette ouverture est complétée par la partie libérée par la lumière 56 de la virole 55 qui vient également chevaucher l'ouverture 45. Dans ces conditions, la surface de passage S2 se compose d'un rectangle et d'un trapèze. La situation représentée aux figures 2B et 3B correspond à un niveau 121 au-dessus du niveau nominal 12 mais inférieur au niveau maximum selon les butées 61 et 62 puisque le bras 58 du flotteur 57 occupe une position intermédiaire entre les deux butées 61, 62 définissant la fin de course de pivotement du flotteur 57, de son bras 58 et de la virole mobile 51. La figure 2C montre la position limite. Le niveau de liquide 122 atteint dans la chambre de débourbage est très au-dessus du niveau nominal 12. Le flotteur 57 est en butée par son bras 58 contre la butée supérieure 62 (le niveau 122 peut même dépasser cette limite, le flotteur 57 restant toujours en butée. Dans cette position, la lumière 55 est descendue complètement en dessous de l'ouverture 45 de la virole fixe 41 et seule la lumière triangulaire 56 de la virole mobile 51 chevauche l'ouverture 45 pour définir une surface de passage S3 de forme sensiblement triangulaire. REVENDICATIONS 10) Régulateur de débit destiné à réguler le débit d'eau en sortie d'un réservoir (1), caractérisé en ce qu'il comprend - une virole fixe (41) ouverte sur la sortie (2) et dont le fond (43) est fermé du côté du réservoir (1), cette virole (41) comportant au moins une ouverture (45) située sous le niveau nominal (12) du réservoir (1), - une virole mobile (51) à'fond (53) fermé, emmanchée coaxiale ment sur la virole fixe (41), pouvant pivoter par rapport à celle-ci, et comportant au moins une lumière (55, 56) suscep tible de couvrir l'ouverture (45) de la virole fixe (41), par pivotement de la virole mobile (51) autour de leur axe commun et définir ainsi une section de passage, - un flotteur (57) étant radialement solidaire (58) de la vi role mobile (51) pour la pivoter autour de son axe en fonc tion du niveau de l'eau dans le réservoir (1) et régler ainsi le débit malgré l'augmentation éventuelle du niveau d'eau dans le réservoir (1). 20) Régulateur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la virole fixe (41) comporte deux ouvertures (45) dans des positions diamétralement opposées et la virole mobile (51) comporte deux lumières (55, 56) associées de manière à doubler la surface d'ouverture sur une même longueur des viroles (41, 51). 30)' Régulateur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond (43) de la virole fixe (41) porte extérieurement un manchon (46) formant un palier et le fond (53) de la virole mobile (51) est traversé par un manchon (54) destiné à coiffer le manchon (46) formant palier de la virole fixe (41) pour centrer la virole mobile (51) sur la virole fixe et permettre de retenir la virole mobile par une liaison à vis (7). 40) Régulateur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que il comporte une butée basse (61) et une butée haute (62) pour limiter le mouvement de la virole mobile (51). 50) Régulateur de débit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la butée basse (61) et la butée haute (62) coopèrent avec le flotteur (57, 58). 60) Régulateur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que il comprend un passage (31) de section définie entre le réservoir (1) et la sortie (2). 70) Installation d'épuration d'eau pour séparer les boues et les hydrocarbures, équipée d'un régulateur de débit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant - une chambre (1) formant un débourbeur en entrée, recevant l'eau à traiter pour en éliminer les particules lourdes des boues, - suivie d'une chambre (2) formant un séparateur pour séparer les hydrocarbures, cette chambre étant munie d'une sortie im mergée, - la chambre (1) du débourbeur communiquant avec la chambre (2) du séparateur par un passage, - un niveau d'eau nominal (12) étant défini dans la chambre du débourbeur, ce niveau correspondant à un débit nominal à tra vers l'installation, caractérisée en ce que - le régulateur de débit (4) comprend * une virole fixe (41) ouverte sur la chambre (2) du sépara teur et dont le fond (43) est fermé du côté de la chambre (1) du débourbeur, cette virole (41) comportant au moins une ouverture (45) située sous le niveau nominal (12) de la chambre (1) du débourbeur, * une virole mobile (51) à fond (53) fermé, emmanchée coaxia lement sur la virole fixe (41), pouvant pivoter par rapport à celle-ci, et comportant au moins une lumière (55, 56) susceptible de couvrir l'ouverture (45) de la virole fixe (41), par pivotement de la virole mobile (51) autour de leur axe commun et définir ainsi une section de passage, * un flotteur (57) étant radialement solidaire (58) de la vi role mobile (51) pour la pivoter autour de son axe en fonc tion du niveau de l'eau dans la chambre (1) du débourbeur et régler ainsi le débit malgré l'augmentation éventuelle du niveau d'eau dans la chambre (1) du débourbeur.