Brevet FR2917389A1 — publié le 20081219

Elévateur de boues à vis d'Archimède L'invention concerne un élévateur de boue colmatante et/ou collante telle que la boue issue d'une 5 station d'épuration d'eau. Les élévateurs de boue sont utilisés notamment dans les stations de traitement de la boue produite par les stations d'épuration d'eau. Dans une telle station de traitement, on effectue différentes opérations comme la 10 centrifugation, le mélange à la chaux, le stockage ou autre. Entre ces opérations, il est nécessaire de manutentionner la boue, parfois verticalement selon la configuration des lieux, mais comme ce type de boue est 15 fortement colmatante et/ou collante, sa manutention est problématique. En effet, lorsqu'elle est transvasée, une telle boue adhère fortement aux surfaces sur lesquelles elle devrait glisser, et une fois séchée, elle durcit et se 20 solidifie. C'est la raison pour laquelle la manutention d'une telle boue nécessite des solutions spécifiques, les solutions connues étant principalement les pompes à boue et les élévateurs à vis d'Archimède. 25 Les pompes donnent satisfaction, mais elles sont très onéreuses, alors que les élévateurs à vis d'Archimède connus sont peu performants, voire inutilisables dans la pratique. Un tel élévateur comprend une conduite à section 30 fermée entourant une nappe hélicoïdale, c'est-à-dire une vis d'Archimède avec ou sans axe central, qui est entraînée en rotation par un motoréducteur. Une autre vis, dite vis gaveuse, introduit la boue en partie basse de la conduite. 35 Un tel élévateur est conçu pour élever la boue d'une hauteur correspondant à un pas de la vis lorsque cette vis effectue un tour complet. En fait, au-delà d'une certaine hauteur, la vis gaveuse ne parvient plus à introduire la boue en partie basse de la conduite. Dans cette situation, la boue colle ou adhère à la vis hélicoïdale, de sorte qu'elle tourne avec la vis au lieu de s'élever. D'autre part, avec cette solution, la boue remplit tout l'espace hélicoïdal situé entre la vis et la conduite : lors d'un arrêt prolongé du système, elle sèche et se durcit, ce qui a pour conséquence de bloquer la vis, rendant le redémarrage de l'installation très problématique, voire impossible. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant une solution d'élévateur vertical ayant un moyen de fabrication simple. A cet effet, l'invention a pour objet un élévateur de boue, pour transférer depuis un point bas vers un point haut, de la boue colmatante telle que de la boue provenant d'une station d'épuration d'eau, cet élévateur comprenant au moins deux vis hélicoïdales de type vis d'Archimède, parallèles l'une à l'autre et imbriquées l'une dans l'autre en ayant leurs axes respectifs espacés d'une distance inférieure à la demi somme des diamètres externes de ces vis, une conduite entourant ces vis hélicoïdales, et un système motorisé d'entraînement en rotation des deux vis, la boue admise par l'extrémité inférieure de la conduite étant refoulée en extrémité supérieure de cette conduite lorsque les vis tournent. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel la conduite a une section oblongue renfermant les deux vis, et dans lequel cette conduite a sa face interne couverte au moins partiellement par un revêtement à faible coefficient de frottement tel qu'un revêtement en polyéthylène à haute densité. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel la conduite a sa face interne pourvue de barres de plats s'étendant parallèlement à l'axe de cette conduite en étant uniformément répartie sur cette face interne. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel la conduite est formée de deux augets ayant chacun une section en U, et dans lequel cette conduite est équipée de deux plaques, chaque plaque étant interposée entre deux bords adjacents des deux augets en dépassant vers l'intérieur de la conduite. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, comprenant une embase ou pied recevant les extrémités inférieures des deux vis ainsi que le système d'entraînement en rotation de ces vis. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel le système d'entraînement comprend un moteur électrique entraînant les deux vis par l'intermédiaire d'une courroie crantée. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, comprenant deux réducteurs, chaque réducteur étant interposé entre la courroie et une extrémité inférieure de vis. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel l'embase comprend un carter entourant les portions inférieures des vis et raccordé à l'extrémité inférieure de la conduite, et dans lequel ce carter est pourvu d'une ouverture d'admission de boue. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel les deux vis sont enroulées dans le même sens et sont entraînées par le système d'entraînement pour tourner dans le même sens. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel les deux vis sont enroulées dans des sens opposés et sont entraînées par le système d'entraînement pour tourner en sens inverse. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel les deux vis ont des pas d'enroulement identiques et sont entraînées pour tourner aux mêmes vitesses. L'invention concerne également un élévateur tel que défini ci-dessus, dans lequel les deux vis ont des pas d'enroulement multiples l'un de l'autre et sont entraînées en rotation pour tourner à des vitesses multiples l'une de l'autre. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1 est une vue en perspective de l'élévateur de boue selon l'invention ; La figure 2 est une vue de face de l'élévateur de boue selon l'invention ; La figure 3 est une vue latérale de l'élévateur de 15 boue selon l'invention ; La figure 4 est une vue d'ensemble des deux vis sans fin du dispositif selon l'invention ; La figure 5 est une vue de l'extrémité inférieure des deux vis du dispositif selon l'invention ; 20 La figure 6 est une vue en coupe transversale de la conduite et des deux vis du dispositif selon l'invention La figure 7 est une vue en perspective de l'extrémité inférieure de l'élévateur de boue selon 25 l'invention ; La figure 8 est une vue de face de l'extrémité inférieure de l'élévateur de boue selon l'invention ; La figure 9 est une vue latérale de l'extrémité inférieure de l'élévateur de boue selon l'invention. 30 Comme visible dans les figures 1 à 3, l'élévateur selon l'invention qui est repéré par 1 comprend principalement une embase ou pied 2, surplombée par une conduite ou auget 3 de section oblongue, renfermant une première et une seconde vis sans fin repérées 35 respectivement par 4 et 6 dans les figures 4 et 5. L'embase 2 qui est représentée plus en détail dans les figures 7 à 9 comprend une structure en forme de table portant sur sa face supérieure 7 un carter 8 ayant une section interne oblongue identique à la section de la conduite 3. Cette face supérieure est elle-même supportée par quatre pieds parallèles repérés par 9, l'ensemble formé par la face supérieure et les quatre pieds ayant la structure générale d'une table. Cette embase 2 porte également un moteur électrique 10 pour entraîner en rotation les deux vis 4 et 6, ainsi que les organes de transmission du mouvement de l'arbre moteur vers les extrémités inférieures des vis 4 et 6. L'embase est posée au sol, et elle est prolongée vers le haut par la conduite 3 qui s'étend verticalement en ayant son extrémité inférieure raccordée au carter 8. Les deux vis 4 et 6 visibles figure 4 sont engagées dans la conduite. Leurs extrémités inférieures, repérées respectivement par 11 et 12 traversent la face supérieure 7 de l'embase, de telle manière qu'elles dépassent sous cette face supérieure 7. Le système d'entraînement en rotation des vis comprend le moteur 10 qui entraîne une courroie crantée, non visible et enveloppée par un carter 13 situé au niveau de la face arrière de l'embase. La courroie crantée entraîne en rotation deux réducteurs mécaniques repéré par 14 et 15. Ces deux réducteurs 14 et 15 sont fixés à l'embase en étant situés sous sa face supérieure 7, respectivement au droit de la première vis 4 et au droit de la seconde vis 6. L'extrémité inférieure 11 de la première vis 4 est engagée dans le premier réducteur pour être entraînée en rotation par celui-ci, et de manière analogue, l'extrémité inférieure 12 de la seconde vis 6 est engagée dans le second réducteur pour être entraînée en rotation par celui-ci. Les extrémités inférieures ont chacune une section d'accouplement telle qu'une section carrée, à méplat, clavette ou autre. Chaque vis est maintenue verticalement directement par le réducteur dans lequel son extrémité inférieure est engagée, les réducteurs 14 et 15 étant par construction pourvus de paliers appropriés. Le carter 8 comprend au niveau de sa face avant une ouverture ou embouchure d'admission de boue, repérée par 16, orientée selon une direction sensiblement normale à la direction générale des vis. Cette embouchure est destinée à être raccordée à une conduite d'alimentation en boue à élever, cette conduite d'alimentation n'étant pas représentée. Le carter est également pourvu d'un conduit latéral 17, s'étendant horizontalement, et pouvant par exemple être utilisé pour le nettoyage de l'ensemble de l'élévateur lors de son entretien. De l'eau peut ainsi être introduite par l'extrémité supérieure de la conduite pour être évacuée par ce conduit latéral. Comme visible notamment dans les figures 7 et 8, l'embouchure d'admission est ouverte sur des portions inférieures des deux vis sans fin 4 et 6. Ainsi, la boue apportée par la conduite d'admission non représentée entre dans une région située entre les deux vis pour être transférée vers le haut de l'installation. Dans l'exemple des figures, les deux vis 4 et 6 ont le même pas et le même sens d'enroulement, qui est ici le sens direct, c'est-à-dire le sens d'enroulement des filetages des vis des assemblages usuels de type vis écrou. Ces vis sont entraînées en rotation par le moteur à la même vitesse, et dans le même sens l'une et l'autre, à savoir ici le sens indirect, opposé à leur sens d'enroulement. En conséquence, dans la région située entre les axes AX1 et AX2 des vis 4 et 6, les surfaces hélicoïdales des deux vis ont des vitesses opposées. En fonctionnement, tout l'espace situé entre les deux vis et la paroi interne de la conduite s'emplit de boue. Lorsque les vis tournent, la boue portée par la vis 4 et la boue portée par la vis 6 s'affrontent dans une zone centrale E qui correspond à la région dans laquelle les vis sont imbriquées l'une dans l'autre. Dans cette région E, les vis 4 et 6 ont des vitesses linéaires sensiblement opposées, de sorte que la boue portée par la vis 4 et la boue portée par la vis 6 s'affrontent, ce qui a pour effet de bloquer ces boues face à face. Sous l'effet de la rotation des surfaces hélicoïdales 18 et 19 des vis 4 et 6, les boues ainsi bloquées en rotation, n'ont d'autre choix que de s'élever. Comme visible sur les figures, les deux vis sont imbriquées l'une dans l'autre, c'est-à-dire qu'elles ont leurs axes espacés l'un de l'autre d'une distance inférieure à leurs diamètres externes respectifs. Ceci permet de définir des espaces internes tels que l'espace E qui sont délimités en partie supérieure et en partie inférieure par les parois hélicoïdales de chaque vis, et grâce auxquels la boue portée par chaque vis est bloquée en rotation. Comme visible dans la figure 6, la conduite 3 de section oblongue est avantageusement formée en solidarisant deux augets 21 et 22 à section en U l'un à l'autre par leurs bords respectifs. La conduite peut ainsi être constituée de différents tronçons formés chacun de deux augets, les tronçons étant raccordés les uns aux autres pour avoir une longueur correspondant à celle des vis 4 et 6. Afin de faciliter encore le mouvement des vis, le fond de chaque auget est avantageusement couvert par un revêtement à faible frottement, de type polyéthylène à haute densité (PEHD), afin de réduire les frottements entre les bords des vis et la face interne de la conduite. Ce revêtement peut se présenter, comme dans l'exemple des figures, sous forme de deux sabots hémicylindriques 23 et 24, chaque sabot étant fixé au fond d'un auget. Il est également possible d'utiliser des barres de plats réparties à la surface interne de la conduite. Ces barres sont des barres en acier présentant une dureté importante, elles sont fixées à la face interne de la conduite en s'étendant parallèlement à l'axe de cette conduite, et en étant régulièrement espacées les unes des autres. Des plaques 25 sont placées à la jonction des deux augets 21 et 22 : chaque plaque est interposée entre deux bords rectilignes de deux augets solidarisés l'un à l'autre. Ces plaques permettent de mieux orienter la boue dans la zone médiane E pour empêcher toute rotation inutile de la boue autour des vis. Dans l'exemple des figures, les vis 4 et 6 utilisées sont des vis comprenant chacune une âme centrale formée d'un tube ou rond central autour duquel est enroulée une nappe hélicoïdale. Mais il est également possible d'utiliser des vis dépourvues d'âme centrale, c'est à dire formées seulement d'une nappe hélicoïdale. Les vis 4 et 6 représentées sur les figures ont le même pas. Mais il est aussi possible d'utiliser des vis ayant des pas différents qui sont multiples l'un de l'autre. Par exemple l'une des vis peut avoir un pas qui vaut le double du pas de l'autre vis, et dans ce cas, la vis ayant le pas double est entraînée pour tourner deux fois moins vite que l'autre. Dans le mode de réalisation qui est représenté sur les figures, les vis sont enroulées toutes les deux dans le même sens et elles sont entraînées pour tourner dans les mêmes sens de rotation. En d'autres termes, les deux vis ont le même sens de pas, à savoir deux vis à droite ou bien deux vis à 35 gauche. Mais il est également possible de concevoir un élévateur pourvu de deux vis dont les surfaces hélicoïdales sont enroulées dans des sens opposés, c'est-à-dire ayant des sens de pas opposés, et qui sont entraînées pour tourner en sens inverse. Dans cet autre mode de réalisation de l'invention, la boue portée par une vis et la boue portée par l'autre vis s'affrontent dans une région située entre un axe médian des deux vis et l'une des deux portions planes de la face interne de la conduite oblongue. Dans cette région, les deux vis qui tournent en sens inverse tendent à déplacer la boue dans des sens opposés, de sorte que ces boues s'affrontent, ce qui tend également à les immobiliser en rotation. De manière analogue, la boue ainsi immobilisée en rotation n'a d'autre choix que de s'élever dans la conduite. L'invention apporte notamment les avantages suivants . Les boues s'autobloquant, elles montent au fur et à mesure qu'elles sont introduites dans le bas de l'élévateur. La conduite n'est plus remplie en permanence et se vide d'elle-même, de sorte qu'il n'existe plus de risque de blocage d'une vis. Ainsi, il n'est pas indispensable de prévoir une vis de gavage en partie inférieure de l'installation, une vis introduisant simplement la boue en partie basse de l'installation, sans effet de gavage, est par exemple suffisante. Comme les vis bloquent la boue en rotation, celle-ci n'est pas abîmée, et l'élévateur ne dépense pas inutilement de l'énergie pour malaxer la boue, ce qui contribue encore à en améliorer le rendement. Cette association de deux vis imbriquées l'une dans l'autre offre un rendement élevé, et elle permet de concevoir un élévateur de plusieurs dizaines de mètres de haut fonctionnant correctement. REVENDICATIONS 1. Elévateur de boue (1), pour transférer depuis un point bas vers un point haut, de la boue colmatante telle que de la boue provenant d'une station d'épuration d'eau, cet élévateur comprenant au moins deux vis hélicoïdales (4, 6) de type vis d'Archimède, parallèles l'une à l'autre et imbriquées l'une dans l'autre en ayant leurs axes respectifs (AX1, AX2) espacés d'une distance inférieure à la demi somme des diamètres externes de ces vis (4, 6), une conduite (3) entourant ces vis hélicoïdales (4, 6), et un système motorisé (10, 14, 15) d'entraînement en rotation des deux vis (4, 6), la boue admise par l'extrémité inférieure de la conduite (3) étant refoulée en extrémité supérieure de cette conduite (3) lorsque les vis (4, 6) tournent. 2. Elévateur selon la revendication 1, dans lequel la conduite (3) a une section oblongue renfermant les deux vis (4, 6), et dans lequel cette conduite (3) a sa face interne couverte au moins partiellement par un revêtement (23, 24) à faible coefficient de frottement tel qu'un revêtement en polyéthylène à haute densité. 3. Elévateur selon la revendication 1, dans lequel la conduite (3) a sa face interne pourvue de barres de plats s'étendant parallèlement à l'axe de cette conduite en étant uniformément répartie sur cette face interne. 4. Elévateur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la conduite (3) est formée de deux augets (21, 22) ayant chacun une section en U, et dans lequel cette conduite (3) est équipée de deux plaques (25), chaque plaque (25) étant interposée entre deux bords adjacents des deux augets en dépassant vers l'intérieur de la conduite (3). 5. Elévateur selon l'une des revendications 1 à 4, 35 comprenant une embase ou pied (2) recevant les extrémités inférieures (11, 12) des deux vis (4, 6) ainsi que lesystème (10, 14, 15) d'entraînement en rotation de ces vis (4, 6). 6. Elévateur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le système (10, 14, 15) d'entraînement comprend un moteur électrique (10) entraînant les deux vis (4, 6) par l'intermédiaire d'une courroie crantée. 7. Elévateur selon la revendication 6, comprenant deux réducteurs (14, 15), chaque réducteur (14, 15) étant interposé entre la courroie et une extrémité inférieure (11, 12) de vis (4, 6). 8. Elévateur selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel l'embase (2) comprend un carter (8) entourant les portions inférieures des vis (4, 6) et raccordé à l'extrémité inférieure de la conduite (3), et dans lequel ce carter (8) est pourvu d'une ouverture (16) d'admission de boue. 9. Elévateur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les deux vis (4, 6) sont enroulées dans le même sens et sont entraînées par le système d'entraînement pour tourner dans le même sens. 10. Elévateur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les deux vis sont enroulées dans des sens opposés et sont entraînées par le système d'entraînement pour tourner en sens inverse. 11. Elévateur selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les deux vis ont des pas d'enroulement identiques et sont entraînées pour tourner aux mêmes vitesses. 12. Elévateur selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les deux vis ont des pas d'enroulement multiples l'un de l'autre et sont entraînées en rotation pour tourner à des vitesses multiples l'une de l'autre.