Brevet FR3016132A1 — publié le 20150710

Prémélangeur et installation associée La présente invention concerne un prémélangeur et une installation comprenant un tel prémélangeur. L'eau est souvent insuffisante pour éteindre certains incendies. Ainsi, lors de feux de solide (classe A) un additif est à mélanger à l'eau pour la rendre pénétrante. Des feux d'hydrocarbures ou de solvant polaire requièrent un étouffement par une mousse. Cette mousse est un mélange hétérogène d'air et d'eau additivée, obtenue à l'aide d'un agent émulseur et d'un générateur de mousse. L'étouffement par la mousse ou d'eau additivée est utilisé couramment par les sapeurs-pompiers en intervention ou préventivement prévu sur des installations fixes en cas de stockage de produits dangereux. La production de mousse est généralement obtenue à l'aide d'une pompe, d'un réservoir contenant un émulseur ou un additif, un système d'injection et de dosage de l'émulseur et un générateur de mousse. Il est donc souhaitable de disposer de système d'injection et de dosage de l'émulseur qui soit efficace et fiable. Pour cela, il est connu d'utiliser des systèmes mécaniques fiables fonctionnant sur une large plage de débit. Toutefois, ces systèmes sont relativement lourds et relativement chers. Il est également connu d'employer des systèmes électroniques fonctionnant aussi sur une large plage de débit. Mais, ces systèmes électroniques sont tributaires d'une alimentation électrique, relativement chers et présentent l'inconvénient d'impliquer un entretien fréquent, ce qui est pénalisant pour les utilisateurs. Des systèmes appelées systèmes USD, acronyme pour « Unité de Stockage et de Dosage », sont également employés. Néanmoins, ces systèmes USD posent souvent des problèmes de maintenance et de fiabilité. Ils présentent les inconvénients de ne pas pouvoir être rechargés en cours d'utilisation et de ne pas pouvoir évaluer le volume d'émulseur restant disponible dans le réservoir pour l'injection. Ces systèmes USD sont aussi relativement volumineux. Enfin, il est aussi connu d'utiliser un système de type Venturi qui est plus simple et moins cher que les systèmes précédents. Un système de type Venturi permet l'injection de liquide dans un réseau sous pression. Cette injection est obtenue par aspiration du liquide à injecter grâce à une diminution de la pression statique. C'est une augmentation de la vitesse dans le réseau qui permet de faire chuter la pression statique. Toutefois, le fonctionnement d'un tel système de type Venturi impose un débit de fluide précis dans le réseau pour fonctionner. En dessous d'un débit minimal l'aspiration ne se fait pas et au-dessus d'un débit maximal, le dosage n'est pas suffisamment précis, voire inexistant. Ainsi, un système de type Venturi n'est propre à fonctionner qu'avec certains types d'équipement. Il existe donc un besoin pour un système permettant l'injection et le dosage d'additif dans un fluide qui puisse fonctionner sur une large plage de débit tout en étant de mise en oeuvre aisée. A cet effet, l'invention a pour objet un prémélangeur fluidique pour mélanger un premier fluide et un deuxième fluide par aspiration du deuxième fluide dans le premier fluide par effet Venturi. Le prémélangeur comprend un conduit comportant une première entrée du premier fluide à une première pression, une deuxième entrée du deuxième fluide à mélanger au premier fluide pour former un mélange, une sortie du mélange à une deuxième pression, et un obturateur du conduit mobile entre plusieurs positions définissant chacune un degré d'obturation distinct du conduit. Le prémélangeur comporte en outre un élément de commande propre à commander la position de l'obturateur en fonction de la différence entre la première pression et la deuxième pression. Suivant des modes particuliers de réalisation, le prémélangeur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le conduit présente un convergent et un divergent coaxiaux, définissant ainsi un axe selon lequel s'étend le conduit, l'obturateur étant mobile d'une position à une autre position par une translation selon l'axe selon lequel s'étend le conduit. - l'obturateur est une pièce mobile suivant la direction du flux du premier fluide. - l'élément de commande comprend au moins un piston présentant une section proportionnelle à la différence entre la première pression et la deuxième pression. - le prémélangeur comprend un organe d'obturation de la deuxième entrée mobile entre plusieurs positions définissant chacune un degré d'obturation distinct de la deuxième entrée, la position de l'organe d'obturation étant fonction de la position de l'obturateur du conduit. - le prémélangeur comprend un indicateur de la position de l'obturateur. - l'obturateur est mobile dans une position de degré d'obturation minimal du conduit, le prémélangeur étant muni d'une vanne de commande permettant de positionner l'obturateur dans la position de degré d'obturation minimal du conduit. - l'élément de commande comprend deux pistons de section transversale différente, chaque piston étant reliés à l'obturateur. - la deuxième entrée débouche dans le conduit entre la première entrée et la sortie. Il est également proposé une installation propre à délivrer un mélange de fluide comprenant un prémélangeur tel que précédemment décrit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, qui sont : figure 1, une vue en perspective d'un prémélangeur ; figure 2, une vue schématique en coupe d'un exemple d'une partie du prémélangeur, figure 3, une vue schématique en coupe d'une autre partie du prémélangeur, et figure 4, une vue schématique en coupe d'un autre exemple d'une partie du prémélangeur. Un prémélangeur 10 est représenté en perspective à la figure 1. Le prémélangeur 10 est un raccord fluidique qui permet la circulation de fluide entre deux éléments. Dans le cas de la présente description, est considéré un prémélangeur 10 permettant d'assurer la connexion entre des éléments propres à la circulation de fluide. Le sens de circulation du fluide dans le prémélangeur 10 permet de définir les termes « amont » et « aval » pour la suite de la description. Une première unité est en amont d'une deuxième unité lorsque le fluide circule depuis la première unité vers la deuxième unité. Similairement, une première unité est en aval d'une deuxième unité lorsque le fluide circule depuis la deuxième unité vers la première unité. Le prémélangeur 10 comporte un conduit 12 et un boîtier 14. Le conduit 12, représenté plus en détail à la figure 2, comporte une première entrée 16 d'un premier fluide à une première pression P1, une deuxième entrée 18 d'un deuxième fluide à mélanger au premier fluide, un col 20, une sortie 22 de fluide à une deuxième pression P2, un obturateur 24 du conduit 12, un organe d'obturation 26 de la deuxième entrée 18. Le conduit 12 s'étend selon un axe X. En outre, selon l'exemple de la figure 1, le conduit 12 présente une symétrie de révolution autour de l'axe X. La première entrée 16 est propre à accueillir un premier fluide. Par exemple, le premier fluide est de l'eau sous pression. La première entrée 16 est propre à être reliée à un réseau sous pression. Par réseau sous pression, il est entendu un réseau dans lequel circule un fluide sous pression, c'est-à-dire un fluide dont la pression est supérieure à 1 bar. La première entrée 16 et la sortie 22 sont coaxiales. En variante, la première entrée 16 et la sortie 22 ne sont pas coaxiales, le conduit 12 comportant par exemple un coude. Dans une telle situation, l'axe X est défini à l'aide du col 20. La première entrée 16 est un embout dont la section transversale dans un plan perpendiculaire à l'axe X est sensiblement constante le long de l'axe X. La sortie 22 est également un embout de section transversale sensiblement constante le long de l'axe X. De préférence, l'aire de la section transversale de la première entrée 16 et l'aire de la section transversale de la sortie 22 sont égales. Cela permet de faciliter l'adaptation du prémélangeur 10 à tout système. Le col 20 est situé entre la première entrée 16 et la sortie 22. De préférence, comme c'est le cas pour l'exemple de la figure 1, le col 20 présente une section transversale sensiblement constante le long de l'axe X. Le col 20 est relié à la première entrée 16 par un convergent 30 et à la sortie par un divergent 32. Le col 20 forme un étranglement entre la première entrée 16 et la sortie 22. Dans la variante précédente dans laquelle la première entrée 16 et la sortie 22 ne sont pas coaxiales, le convergent 30 et le divergent 32 sont coaxiaux, définissant ainsi l'axe X selon lequel s'étend le conduit 12.L'aire de la section transversale du col 20 est inférieure à l'aire de la section transversale de la première entrée 16 et à l'aire de la section transversale de la sortie 22. Par exemple, l'aire de la section transversale du col 20 est telle qu'elle permet une mise en vitesse du premier fluide pour générer l'aspiration du deuxième fluide par réduction de la pression statique. Le convergent 30 relie la première entrée 16 au col 20. L'aire de la section transversale du convergent 30 diminue progressivement depuis la première entrée 16 vers le col 20. Dans le cas particulier de la figure 2, la diminution est continue. Le divergent 32 relie le col 20 à la sortie 22. L'aire de la section transversale du divergent 32 augmente progressivement depuis l'amont vers l'aval, c'est-à-dire depuis le col 20 vers la sortie 22. Dans le cas particulier de la figure 2, l'augmentation est continue. L'obturateur 24 du conduit 12 est mobile entre plusieurs positions définissant chacune un degré d'obturation distinct du conduit 12. L'obturateur 24 obture au moins partiellement le col 20. L'obturateur 24 délimite un passage dans le col 20, dont la section présente une aire variable en fonction de la position de l'obturateur 24. Le passage est annulaire. L'obturateur 24 s'étend dans le col 20. L'obturateur 24 est profilé et se prolonge dans le divergent 32. L'obturateur 24 comporte une partie avant effilée vers l'amont et une partie arrière effilée vers l'aval. Selon l'exemple de la figure 2, l'obturateur 24 est une ogive. Une telle forme présente l'avantage de limiter les efforts exercés par le premier fluide sur l'ogive et de diminuer la perte de charge. Dans le sens de l'invention, un obturateur 24 est une ogive si l'obturateur 24 présente une partie avant affinée du côté amont et une partie arrière affinée du côté aval. En outre, de préférence, l'obturateur 24 est une ogive axisymétrique. L'obturateur 24 est mobile d'une position à une autre par une translation selon l'axe X. De préférence, l'obturateur 24 est mobile entre toutes les positions situées entre deux positions extrémales, la première position extrémale correspondant à une position dans laquelle l'obturateur 24 obture entièrement le conduit 12 et une deuxième position extrémale correspondant à une position dans laquelle l'obturateur 24 est dans la sortie 22 et laisse libre toute la section du col 20. Cela permet de faire varier l'aire de la section transversale de passage du col 20 en fonction de la position de l'obturateur 24. La deuxième entrée 18 est, ainsi que visible aux figures 2 et 3, une conduite débouchant dans une entrée torique alimentant le col 20. La deuxième entrée 18 permet ainsi l'injection du deuxième fluide. Le deuxième fluide est un additif du premier fluide. Par exemple, le deuxième fluide est un émulseur dont le mélange avec le premier fluide permet d'obtenir un mélange. La deuxième entrée 18 est propre à être reliée à un réservoir de fluide à injecter dans le premier fluide. La conduite est pourvue d'un organe d'obturation 26 de la deuxième entrée 18. L'organe d'obturation 26 est mobile entre plusieurs positions définissant chacune un degré d'obturation distinct de la deuxième entrée 18. Par exemple, l'organe d'obturation 26 est un piston. La position de l'organe d'obturation 26 est fonction de la position de l'obturateur 24 du conduit 12. Cela permet de réguler le passage du deuxième fluide en fonction du débit du premier fluide dans le conduit 12. Autrement dit, une variation du débit du premier fluide dans le conduit 12 entraîne une variation proportionnelle du débit du deuxième fluide dans la deuxième entrée 18. Ainsi, le débit du deuxième fluide injecté est un pourcentage constant du débit du premier fluide circulant dans le conduit 12. Par exemple, l'injection du deuxième fluide dans le premier fluide est comprise entre 0,1% et 6% du premier fluide. Le boîtier 14 comporte, selon le mode de réalisation illustré, un élément de commande 34, un indicateur 36 de la position de l'obturateur 24, une vanne de commande 38 et une vanne de rinçage 40. L'élément de commande 34 est propre à commander la position de l'obturateur 24 en fonction de la différence de pression entre la première pression P1 et la deuxième pression P2. Par définition, la perte de charge du prémélangeur 10 est la différence entre la première pression P1 et la deuxième pression P2. Selon un autre mode de réalisation, l'élément de commande 34 est un piston à double effet extérieur au prémélangeur 10. De préférence, dans un tel cas, les surfaces du piston sont proportionnelles à la différence entre la première pression P1 et la deuxième pression P2. En variante, l'élément de commande 34 est un élément de commande 34 électrique. A titre d'illustration, l'élément de commande 34 est un vérin électrique. L'indicateur 36 de la position de l'obturateur 24 permet d'indiquer le débit de fluide dans le conduit 12. Par exemple, l'indicateur 36 est une aiguille positionnée sur une échelle graduée. La position de l'aiguille est liée à la position de l'obturateur 24. En variante, l'indicateur 36 est relié à un indicateur électrique. La vanne de commande 38 permet de modifier la pression sur l'élément de commande 34 de manière à positionner l'obturateur 24 dans la position dans laquelle l'obturateur 24 est dans la sortie 22 et laisse libre toute la section du col 20. La vanne de rinçage 40 est propre à basculer entre deux positions, une position de fonctionnement du prémélangeur 10 dans laquelle la vanne de rinçage 40 ne joue pas de rôle et une position de nettoyage du prémélangeur 10 dans laquelle il est possible de rincer le prémélangeur 10 après utilisation. Le fonctionnement du prémélangeur 10 est maintenant décrit. Lorsque la vanne de commande 38 est mise dans la première position, le fluide injecté à la première entrée 16 sort par la sortie 22 après passage dans le conduit 12. Le col 20 génère une accélération du fluide qui provoque une dépression, laquelle dépression permet de générer une aspiration dans la deuxième entrée 18 par laquelle est injecté de l'additif. L'aspiration dépend donc de la section de passage du col 20, elle-même fonction de la position de l'obturateur 24. Le mélange de l'additif avec le premier fluide génère un mélange qui sort par la sortie 22. La position de l'obturateur 24 étant fonction du débit du premier fluide dans le conduit 12 du prémélangeur 10, la quantité d'additif injecté est ainsi liée au débit du premier fluide. Lorsque la vanne de commande 38 est mise dans la deuxième position, l'obturateur 24 se positionne de manière à limiter l'obturation du col 20. Cela permet d'éviter les pertes de charge lorsqu'il n'est pas désiré de produire un mélange. Dans la première position de la vanne de commande 38, il est ainsi réalisé un col 20 dont la géométrie est variable. Ceci permet d'obtenir un effet Venturi contrôlable via la géométrie du col 20, géométrie qui est contrôlée par la position de l'obturateur 24. De ce fait, cela permet de maintenir une vitesse constante dans le col 20. Cette vitesse est suffisante pour permettre une aspiration quelque soit le débit du premier fluide dans le prémélangeur 10. Un tel prémélangeur 10 assure donc à son utilisateur de pouvoir aspirer le deuxième fluide indépendamment du débit du premier fluide. Cela permet de rendre la mise en oeuvre du prémélangeur 10 plus aisé. Un tel prémélangeur 10 est donc utilisable sur une large plage de débit. En outre, comme le prémélangeur 10 utilise un col 20 assurant un effet Venturi, les avantages propres à ces systèmes sont conservés. Le prémélangeur 10 est donc léger, utilisable sur une large plage de débit et présente une bonne fiabilité et un prix relativement faible. De plus, l'emploi d'un tel prémélangeur 10 permet de limiter la perte de charge. Typiquement, au maximum, la perte de charge est limitée à 30 ou 40%. En outre, un tel prémélangeur 10 est utilisable pour tout type de système, et ce indépendamment des caractéristiques propres au système. Notamment, le même prémélangeur 10 est utilisable pour des systèmes respectant des normes différentes, rendant ce prémélangeur 10 adaptable notamment à une pluralité de territoire géographique sans modifier le prémélangeur 10. En particulier, un tel prémélangeur 10 est utilisable dans une installation propre à délivrer le mélange de fluide. Selon les cas, l'installation est une installation fixe ou mobile. De plus, un tel prémélangeur 10 permet d'obtenir un dosage précis de la quantité de deuxième fluide injectée dans le premier fluide. Le prémélangeur 10 proposé trouve son application dans de multiples domaines dont les systèmes d'épandage en agriculture, la médecine, certains systèmes d'injection dans l'industrie et le domaine de la lutte contre l'incendie. D'autres modes de réalisations sont envisageables pour le prémélangeur 10, et notamment des modes de réalisation plus simples dans lesquels le prémélangeur 10 comporte seulement le conduit 12, l'obturateur 24 du conduit 12 et l'élément de commande 34. Selon un mode de réalisation illustré par la figure 4, l'élément de commande 34 est dans le conduit 12 et comprend deux pistons 34A et 34B dont la section transversale est différente. En l'occurrence, la section transversale du premier piston 34A est inférieure à la section transversale du deuxième piston 34B. Les deux pistons 34A et 34B sont reliés à l'obturateur 24. Le premier piston 34A est relié à la partie avant de l'obturateur 24, c'est-à-dire vers l'amont de l'obturateur 24. A contrario, le deuxième piston 34B est relié à la partie arrière de l'obturateur 24, c'est-à-dire vers l'aval de l'obturateur 24. Ainsi, l'ensemble de l'élément de commande 34 et de l'obturateur 24 forme un unique bloc mobile. En fonctionnement, le premier piston 34A est soumis à la première pression P1 tandis que le deuxième piston 34B est soumis à la deuxième pression P2. L'élément de commande 34 est donc propre à commander la position de l'obturateur 24 en fonction de la différence de pression entre la première pression P1 et la deuxième pression P2. Le même principe de fonctionnement permet de maintenir la vanne de commande 38. REVENDICATIONS1.- Prémélangeur (10) fluidique pour mélanger un premier fluide et un deuxième fluide par aspiration du deuxième fluide dans le premier fluide par effet Venturi, le prémélangeur (10) comprenant un conduit (12) comportant : - une première entrée (16) du premier fluide à une première pression (P1), - une deuxième entrée (18) du deuxième fluide à mélanger au premier fluide pour former un mélange, - une sortie (22) du mélange à une deuxième pression (P2), et - un obturateur (24) du conduit (12) mobile entre plusieurs positions définissant chacune un degré d'obturation distinct du conduit (12), le prémélangeur (10) comportant en outre un élément de commande (34) propre à commander la position de l'obturateur (24) en fonction de la différence entre la première pression (P1) et la deuxième pression (P2). 2.- Prémélangeur selon la revendication 1, dans lequel le conduit (12) présente un convergent (30) et un divergent (32) coaxiaux, définissant ainsi un axe (X) selon lequel s'étend le conduit (12), l'obturateur (24) étant mobile d'une position à une autre position par une translation selon l'axe (X) selon lequel s'étend le conduit (12). 3.- Prémélangeur selon la revendication 1, dans lequel l'obturateur (24) est une pièce mobile suivant la direction du flux du premier fluide. 4.- Prémélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'élément de commande (34) comprend au moins un piston présentant une section proportionnelle à la différence entre la première pression (P1) et la deuxième pression (P2). 5.- Prémélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un organe d'obturation (26) de la deuxième entrée (18) mobile entre plusieurs positions définissant chacune un degré d'obturation distinct de la deuxième entrée (18), la position de l'organe d'obturation (26) étant fonction de la position de l'obturateur (24) du conduit (12). 6.- Prémélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre un indicateur (36) de la position de l'obturateur (24). 7.- Prémélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'obturateur (24) est mobile dans une position de degré d'obturation minimal du conduit (12), le prémélangeur (10) étant muni d'une vanne de commande (38) permettant de positionner l'obturateur (24) dans la position de degré d'obturation minimal du conduit (12). 8.- Prémélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'élément de commande comprend deux pistons (34A, 34B) de section transversale différente, chaque piston (34A, 34B) étant reliés à l'obturateur (24). 9.- Prémélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la deuxième entrée (18) débouche dans le conduit (12) entre la première entrée (16) et la sortie (22). 10.- Installation propre à délivrer un mélange de fluide comprenant un prémélangeur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.