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BREVET D'INVENTION Appareil de commande du volume d'air dans un système --la fourniture d'eau à fonctionnement hydro-pneumatique.
Cette invention concerne un appareil destiné à commander un volume d'air et utilisable en premier lieu dans un système de fourniture ou de distribution d'eau à fonctionnement hydro- pneumatique.
On sait que dans un système de fourniture d'eau à fonc- tionnement hydro-pneumatique, il est essentiel que le dispositif qui fournit l'air, non seulement assure l'adduction de la quanti- té d'air qui est nécessaire, mais cesse automatiquement la four- niture d'air quand la quantité d'air convenable a été amenée dans le réservoir.
L'invention prévoit un appareil de conception nouvelle associé à un système de fourniture d'eau à fonctionnement hydro- pneumatique destiné à fournir l'air et à maintenir dans ce sys- tème la proportion correcte entre l'air et l'eau.
L'invention est matérialisée dans .un appareil simplifié
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branché entre la. pompe et leréservoir d'eau pour maintenir automatiquement la pr oportion correcte entre l'air et l'eau à l'intérieur du réservoir moyennant un nombre relativement faible d'organes trava,illants fonctionnant essentiellement sous l'action d'une double différence de pression.
Une caractéristique de l'appareil, objet de l'invention, réside dans un dispositif de Venturi agissant pour créer et maintenir une différence de pression entre la pompe et le réservoir, et dans un deuxième dispositif de Venturi capable d'engendrer une différence de pression plus forte entre la pompe et l'entrée d'air, afin de créer une dépression suffisante pour aspirer l'air à l'intérieur du système quand 11 eau qui se trouve dans le réservoir s'élève au-dessus d'un étiage prédéterminé.
Une autre caractéristique de l'appareil réside dans une vanne à pression différentielle apte à. maintenir des différences de pression constantes sous l'action des dispositifs de Venturi suivant le volume d'eau débité par la pompe.
Une autre caractéristique encore de l'appareil réside dans une vanne de commande reliée au réservoir à l'étiage d'eau désiré et affectant la forme d'un clapet à, bille disposé de manière à empêcher 1 eau sortant du réservoir de le franchir tout en permettant à. l'air de s'écouler librement vers l'ouïe d'aspiration de l'appareil de commande du volume d'air.
Dans les dessins annexés :-
La fig. 1 est une vue schématique du système de fourniture ou de distribution d'eau comprenant un réservoir,une pompe et un appareil branché entre eux et servant à commander le volume d'air.
La fig. 2 est une vue en coupe verticale centrale de cet appareil de commande.
La fig. 3 en est une vue en élévation d'extrémité.
La fig. est une vue en perspective montrant, séparés les uns des autres les éléments constitutifs de la vanne à pression différentielle visible dans la fig. 2.
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La fig. 5 est une vue en coupe dessinée à plus grande échelle montrant, le clapet de retenue à bille.
La fig. 6 est une vue semblable à la fig. 2 montrant une variante de construction de l'appareil.
La fig. 7 est une vue semblable à la fig. 5 mais mon- trant à une échelle un peu plus petite une variante du raccord d'admission réglable du boisseau contenant le clapet de rete- nue à bille avec la paroi du réservoir.
Comme représenté, 10 désigne le réservoir d'eau dans lequel un étiage figuré par le trait interrompu 11 doit être maintenu et au-dessus duquel se trouve un espaoe d'air 12, un volume d'air prédéterminé sous pression capable d'assurer l'arrivée d'eau depuis le réservoir 10 jusqu'à la canalisation de distribution devant être maintenu.
L'installation comprend la pompe centrifuge usuelle 13 actionnée par un moteur au moyen de laquelle l'eau est envoyée sous pression vers le réservoir ou la canalisation de distri- bution. Entre la pompe 13 et le réservoir 10 est placé un ap- pareil 14 de commande du volume d'air dont l'ouïe de sortie
15 est reliée au réservoir 10 en 16 et dont l'ouîe d'entrée 17 est reliée au tpyau 18 d'arrivée d'eau venant de l'ouïe de re- foulement de la pompe 13 ainsi qu'au tuyau de distribution 19.
L'ouïe de sortie de l'appareil 14 est reliée par un tuyau 20 à une vanne 21 à clapet de retenue communiquant avec l'intérieur du réservoir à la hauteur de l'étiage d'eau 11.
La partie principale formant le corps de l'appareil 14 de commande du volume d'air comprend un carter en deux parties jonctionnées sur leurs pourtours affrontés par des boulons 22.
Son ouîe d'entrée 17 est munie d'une crosse transversale 23 Pourvue à une extrémité d'un raccord avec le tuyau 18 d'arrivée d'eau provenant de la pompe Il et d'un raccordement à son autre extrémité avec le tuyau de distribution 19. Grâce à ce montage, quand la pompe fonctionne, l'eau traversant la crosse 23 peut
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gagner directement le tuyau de distribution depuis la pompe sans aucune restriction. Transversa.lemont au corps de l'appareil estmonté un manchon cylindrique 24 s'étendant depuis la crosse transversale 23 de l'ouïe d'entrée 17 jusqu'à, l'ouïe de sortie ¯15.
Ce manchon 24 est muni à son extrémité d'entrée d'un ajutage ou gicleur 25 et à, son extrémité de sortie d'un organe 26 formant pertuis. Ce gicleur et ce pertuis sont concentriques à, l'ex- trémité renflée de l'ajutage communiquant avec le canal de la crosse transversale 23 et avec l'extrémité étranglée qui est dirigée jans l'embouchure évasée du pertuis 26. La partie étranglée de ce partuis est dirigée à l'intérieur d'une chambre 27 de section notablement plus forte communiquant avec le raccord 16 relié au réservoir 10.
Par leur ensemble, l'ajutage 25 et le pertuis 26 forment un Venturi qui orée une pression plus forte du côté orienvers la pompe 13 que du côté orienté vers le réservoir 10.
Entre l'ajutage 2 et le pertuis 26 est ménagée cependant une chambre 28 qui communique avec un tube de Venturi 29 monté à l'intérieur d'un bossage cylindrique 30. Le côté de l'appareil qui est orienté vers la, pompe présente une chambre 31 communi- quant avec le tuyau 18 venant de la, pompe 13 et avec l'ext,ré- mité d'entrée du tube de Venturi ainsi qu'avec l'extrémité d'entrée de l'ajutage 25.
La partie étranglée du tube de Venturi 29 communique par des orifices 32 avec une chambre annulaire 33;qui l'entoure et qui communique par un canal 34 avec une chambre annulaire 35. Cettechambre 35 communique d'un côté par un canal .36. avec une vanne d'entrée d'air 37 commandéepar un clapet à bille 8 maintenu normalement en position de fermeture par un ressort 39. Le coté opposé de la, chambre annulaire 35 communique par un orifice 40 avec le tuyau 20 allant à la vanne de retenue à bille 21.
L'embouchure de sortie du manchon 24 est entourée dans le voisinage de l'extrémité étranglée'de l'organe 26 formant
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pertuis d'une vanne différentielle à deux voies dont les éléments sont représentés clairement dans la fig. 4. Cette vanne comprend deux plateaux 41 et 42. Le plateau 41 est appuyé contre l'épaulement 43 ménagé autour du manchon 24 par un ressort 44 ; il est percé de deux orifices courbes 45 prévus à raison d'un sur chacun de ses côtés. Ce plateau 41 est maintenu par un ressort 46 contre un épaulement ménagé dans l'ouie de sortie 12.de l'appareil 14 ; il est percé, en outre, de deux orifices courbes 48.
Les deux plateaux 41 et
42 sont montés de manière à se trouver normalement appliqués face contre face sous la tension de leurs ressorts respectifs, de façon que leurs orifices soient décalés afin de ne pas se trouver en communication. Ainsi le plateau 42 assure normale- ment la fermeture des orifices 48 du plateau 41. De même le plateau 41 assure la fermeture des orifices 45 du plateau 42.
L'action différentielle est assurée par le fait que le ressort 46 est relativement plus faible que le ressort 44.
La vanne ainsi constituée commande l'écoulement de l'eau entre la chambre 27 et la chambre 49 qui entoure le manchon 24 du côté de l'écoulement de l'appareil cette chambre 49 communi- quant avec la chambre 31 par une série de canaux 50 ménagés dans le plateau annulaire 51 qui supporte le manchon 24 à l'intérieur de l'enveloppe.
Le clapet de retenue 21 est muni (comme le représente plus clairement la fig. 5) d'un boisseau pourvu d'une paroi interne fuselée 52 et d'un canal étranglé 53 communiquant avec le tuyau 20. Cette paroi interne 52 présente un fuselage dirigé vers l'extérieur depuis le canal 53 vers le réservoir 10 ; elle communique avec lui à l'étiage d'eau requis.
Un clapet de retenue à bille 54 est monté à l'intérieur de la paroi interne 52 et y est maintenu par un jonc 55. Ce clapet à bille est mobile pour venir en position d'application ou
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hors de cette position par rapport au canal 53 mais engage normalement le jonc 55 à quelque distance par rapport à lui.
Le clapet à bille 54 mesure des dimensions telles par ra,pport à la paroi fuselée 52 qu'il assure un notable obstacle au passage de l'eau venant du réservoir et s'écoulant dans le tuyau 20. De cette façon, la, masse d'eau sous prossion refoule la. bille vers le haut la long de la, paroi fuselée 52 pour l'obliger à venir s'appliquer contre son siège et à. obturer hermétiquementle canal en entravant par là même l'écoulement de l'eau par ce dernier. Toutefois, la bille 54 n'obstrue pas notablement l'écoulement de l'air vers le réservoir puisque l'air passe librement autour de la bille sans être animé d'une force suffisante, comme c'est le cas de l'eau, pour la faire remonter la, pente de la paroi et l'obliger à obturer le canal 53.
Grâce au simple artifice consistant à. prévoir une certain(- pente due au profil fusel : de la paroi 52, le clapet à bille 54 de retenue empêche l'eau de s -.,couler hors du réservoir 10 mais permet le libre écoulement de l'air. Le tuyau 20 est relié pa.r l'intermédiaire des canaux 40, 35, 34 et 32 à la partie étranglée du tube de Venturi ±2. et à la vanne d'entréed'air en 37.
On voit par ce qui procède que, quand une différence de pression suffisante se produit à l'intérieur de l' appareil 14, l'air est aspiré par le tube de Venturi à travers le clapet à bille 21 et à partir du réservoir 10 pour autant bien entendu que le niveau Il de l'eau dans ce dernier se trouve au-dessous du point de raccordement. Grâce à la, tension du ressort 39 qui agit sur leclapet à. bille 38, l'air extérieur n'est pas aspiré dans l'appareil 14 tant qu'il y a suffisamment d'air dans le réservoir.
Ainsi donc, à condition que le réservoir 10 contienne une masse d'air 12 suffisante, cet air circule simplement
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à Partir du réservoir et à travers l'appareil 14 de commande du volume d'air pour :retourner au réservoir 10 où l'eau est amenée. Si, au contraire l'étiage de l'eau se tro uve au-dessus du clapet de retenue 21, celui-ci est ferme, et l'aspiration due à la différence de pressbn à 1-trieur de l'appareil aspire l'air extérieur qui franchit le clapet à bille 38, de sorte qu'une quantité d'air supplémentaire pénètre dans le réservoir avec l'eau, afin de maintenir l'étiage d'eau au niveau déterminé par la position du clapet de retenue 21.
La différence de pression qui est nécessaire pour aspirer l'air dans la veine d'eau arrivant dans l'appareil 14 soit en provenance du réservoir 10. soit en provenance de l'extérieur, résulte de la double différence existant entre les deux tubes de Venturi et la anne différentielle 41-42.
A condition que cette vanne soit convenablement équilibrée et grâce aux étranglements relatifs prévus dans l'ajutage 25 et le pertuis 26, il peut y avoir par exemple une pression de 1,4 atmosphère dans le réservoir 10 et dans la chambre 27 tandis que la pompe fonctionne sous une pression d'environ
1,5 atmosphère qui s'exerce dans la chambre 31.
L'étranglement du tube de Venturi est calculé pour que, avec une pression de 1,5 atmosphère environ dans l'em- bouchure d'entrée de la chambre 31, la pression tombe à 0,9 atmosphère environ à son embouchure de sortie qui communique avec-, la chambre 28 par suite de l'écoulement de l'eau qui se produit depuis l'ajutage 2 et à travers le pertuis 26. Ceci provoque la formation dans la chambre annulaire 35 d'un vide partiel capable d'exeroer une traction correspondant à 1,65 atmosphère environ et d'aspirer l'air à travers les clapets ou 39 dans la veine d'eau qui traverse le pertuis 26, afin d'aérer le réservoir.
Tandis que le fonctionnement s'opère ainsi qu'il vient d'être dit, le ressort 44 qui est suffisamment puissant à cet effet maintient fermée la vanne différentielle
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41-42 mais permet à. cette vanne de s'ouvrir dès qu'une augmentation de pression se manifeste, afin de maintenir à, tout moment la, pression convenable dans la chambre 31. Cette pression représente, comme indiqué ci-avant environ 1,5 atmosphère.
Si une pression plus forte vient à se manifester par suite du pompage, le ressort 44 est refoulé, ce qui permet à. la, vanne différentielle 41-42 de diminuer la pression régnant dans la chambre 31 à. la, valeur requise qui peut être par exemple de 1,5 atmosphère.
Quand la pompe n'est pas en fonctionnement etque l'orifice de sortie et de distribution est ouvert, l'eau s'écoule à partir du réservoir dans la direction inverse en passant pa.r les ca,naux étranglés de l'ajutage 25 et du pertuis 26. En outre, l'eau s'écoule librement en contournant le manchon 24 et en passant à travers les chambres et les canaux 49, 50 à, cause de la faiblesse relative du ressort 46 puisque ce dernier subit une tension tout juste suffisante pour maintenir le pla,teau 41 en contactd'application avec le plateau 42.
Mais la, plus faible pression exercée sur lui provoque la, compression du ressort et détermine l'ouverture de la va,nne, ce qui permet le libre écoulement de l'eau depuis le réservoir jusqu'à, l'orifice de s ortie.
Suivant la variante de réalisation qui est représentée da.ns la fig. 6 , l'ajutage 25 et le pertuis 26 sont combinés pour forcer un seul tube de Venturi et les plateaux 41 et 42 formant la, vanne différentielle sent supprimés. Il s'agit là d'une réalisation simplifiée de l'invention dont les dimensions et la configuration sont adaptées à la capacité d'une pompe ayant un certain débit. La vanne différentielle peut de la sorte être supprimée puisqu'elle sert en premier lieu à commander automatiquement les différentes pressions lorsque les conditions de pompage varient.
Dans cette variante de réalisation, l'appareil est muni
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dans son embouchure d'admission d'une crosse 123 formant tubulure transversale reliée au tuyau d'admission 18 commu- niquant avec la pompe et au tuyau de distribution 19. A l'intérieur du boisseau de l'appareil est monté un manchon
124 dans lequel est logé le Venturi pourvu de l'embouchure 125 formant ajutage et de l'embouchure 126 formant pertuis, ce dernier communiquant avec la chambre 127 qui aboutit au réservoir 10.
Autour du tube de Venturi se trouve une chambre annulaire 128 qui communique avec lui par une série d'ori- fices ou fentes 128a à profil fuselé situés un peu au delà de la partie étranglée de ce tube 129. Ce dernier communique avec la chambre 128 par son embouchure de sortie, tandis que son embouchure d'entrée communique avec la chambre 131.
A sa partie étranglée, le tube de Venturi communique par l'intermédiaire des orifices 132 avec la chambre annulaire
133 qui communique à son tour avec le canal 136 . Ce dernier est relié au tuyau 20 partant du clapet de retenue 21 à la hauteur de l'étiage d'eau 11 du réservoir 10, lequel communique également avec leclapet de retenue qui débouche sur l'air extérieur sous la commande du clapet de retenue 138 maintenu normalement en position fermée par le ressort 139.
Le fonctionnement de cette variante de réalisation de l'appareil est sensiblement le même que celui de la construction sus-décrite dans laquelle la pression engendrée par la pompe dans la chambre 131 et qui provoque un écoulement d'eau à travers le tube de Venturi et dans un réservoir placé sous une pression approximative de 1,4 atmosphère engendre dans la chambre 128 une pression réduite d'environ 0,9 atmos- phère qui se traduit par une dépression représentant environ 675 mm de hauteur de liquide dans une colonne barométrique dans le canal 136. Cette dépression a pour effet d'aspirer l'air à l'intérieur du système. Cet air franchit le clapet
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de retenue 1.38. ou le clapet de retenue 154.
Les différences de pression sus-indiquées sont d'ailleurs simplement, illustratives. Il est évident, en effet, que des pressions différentes peuvent être engendrées suivant les caractéristiques du système. Mais il y a lieu de noter d'après certains essais effectués que le système fonctionne pour aspirer l'air dans l'appareil surtout quand il règne entre la. chambre 131 du côtéde 1''admission et la chambre 127 du côté ,le l'écoulement une différence de pression au -,oins égale à 0,3 atmosphère.
Aucun avantage notable n'est obtenu en accroissant cette différence de pression de plus de 0,3 atmosphère alors que la pression réduite -qui règne dans ,la chambre 28 est au moins inférieur de 0,45 atmosphère à la pression régnant da,ns la chambre 31, ce qui se traduit par un vide représentant 675 à 725 mm de hauteur de liquide dans la colonne barométrique.
Ainsi donc l'invention utilise le principe de la double dif- férence .:le pression : une première différence de pression entre les chambres 31 et 27 et une autre différence de pression entre les chambres 31 et 28 , la première de ces différences agissant pour engendrer entreDes chambres 31 et 28 une différence de pression capable de produjre la dépression nécessaire à l'aspiration de l'air dans le système,
Que l'air soit aspira depuis l'atmosphère ou qu'il soit simplement oblige -le circuler à nouveau dans le système dépend de la pression barométrique régnant dans le réservoir et de la position occupée par la vanne de retenue permettant le pas- sage de l'air mais non pas le passage .le l'eau.
Dans la, variante de réalisation de la vanne d'en- trée d'air qui est représentée dans la fig. 7, le raccord 21 du clapet à bille communique par son embouchure 52 à paroi fuselée avec un tube réglable 56 pénétrant nettement à l'in- térieur du réservoir 10 soumis à la pression. Ce tube est fixé
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à l'intérieur de l'embout 57 porté par le raccord 21 ce qui ménage un épaulement 156 formant limite pour le clapet de retenue à bille 54.
Le tube d'admission 56 est, de préférence, en cuivre de façon à pouvoir être amené par cintrage à différentes positions comme dessiné en pointillé. Quand ce tube est droit, le niveau du liquide 11 dans le réservoir 10 est maintenu au niveau du tube. Si l'opérateur veut faire monter le niveau du liquide 11 dans le réservoir 10 comme indiqué par le pointillé supérieur, il lui suffit de cintrer le tube 56 vers le haut. S'il veut , au contraire , faire descendre le niveau du liquide comme représenté par le pointillé inférieur, il n'a qu'à cintrer le tube vers le bas.
Il doit être entendu que si l'invention a été décrite ici dans son application à un système hydraulique, elle est également applicable à la commande de n'importe quel système dans lequel règne une pression et renfermant un liquide maintenu sous pression par un gaz comprimé.
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