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APPAREIL POUR L'OBTENTION DU VIDE DESTINE A L'ELEVATION DES LIQUIDES.
La présente invention est relative à un nouvel appareil pour l'obtention du vide en vue de l'élévation des liquides, basé sur le coup de bélier de dépression ou négatif, qui prend naissance dans une tubulure lorsqu'on interrompt brusquement à son entrée la veine liquide qui circule à travers cette tubulure.
Le vide est obtenu par le moyen d'un mécanisme basé sur un coup de bélier de dépression ou négatif, dont le vide est dû à ce qu'au moment de l'interruption soudaine, la masse liquide continue, par inertie, à circu- ler, laissant derrière elle une cavité dans laquelle se produit le vide absolu, à l'exception de la tension de vapeur à la température correspondan- te.
Les interruptions en question se produisent périodiquement et automatiquement, grâce à un système de soupape qui fonctionne sous l'action de la force vive du courant même du liquide.
Le vide obtenu dans le mécanisme pneumatique décrit, produit une dépression dans un récipient situé à une hauteur manométrique adéquate.
Ce récipient supérieur est en communication directe avec le liquide qu'il s'agit d'élever, par l'intermédiaire d'un tubé immergé sous sa surface. A mesure que 'la dépression se fait dans le réservoir supé- rieur, le liquide du bief ou-du cours d'eau inférieur monte par le tube, en raison de la pression.atmosphérique, vers le. réservoir supérieur, jus- qu'à ce qu'il soit rempli en, totalité Une fois ce réservoir plein, par l'intermédiaire d'une soupape actionnée par le liquide lui-même le liqui- de se déplace à cette même hauteur 'où est situé le- réservoir, et l'on réa- lise, à ce moment, l'effet désiré d'élévation du liquide à un niveau supé-
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rieur.
Immédiatement et toujours d'une manière automatique commence un nouveau cycle (vide-charge du réservoir = déplacement du liquide).
L'élévation du liquide, sans doute, sera toujours conditionnée, quant à son maximum, par les possibilités de la pression atmosphérique, sauf les pertes de charge correspondantes ; c'est pourquoi on a placé un au- tre réservoir à vide en communication avec le mécanisme pneumatique de ba- se et à la même hauteur par rapport au premier rése-rvoir que la hauteur de celui-ci par rapport au compartiment ou au bief inférieur, à ce second réservoir on fait monter le liquide déplacé par le premier, et il s'ensuit que l'élévation du liquide se fait à une altitude double de celle donnée par les possibilités manométriques primitives.
Si l'on met un troisième réservoir à vide en communication avec la machine à dépression précédemment décrite, on pourra élever à ce réservoir l'eau déplacée par le second et ainsi, successivement, pour des réservoirs supérieurs. Il n'est pas nécessaire de faire remarquer que, pour des récipients de même capacité, le temps employé pour le rem- plissage du premier réservoir devient double pour le remplissage du se- cond, triple pour le remplissage du troisième, etc... etc...
Ce système fonctionne au moyen de soupapes à flotteurs, qui seront expliquées dans la partie descriptive du présent mémorandum, et qui fonctionnent d'une manière absolument autonome, caractéristique qui a déjà été mise en évidence dans la machine pneumatique mentionnée anté- rieurement.
Pour faciliter l'explication du système qui fait l'objet du présent brevet et de son fonctionnement, on se référera aux dessins anne- xés où sont représentés, à titre d'exemples, quelques cas pratiques de réa- lisation de l'objet de l'invention.
Sur ces dessins les figures 1 et 2 montrent l'ensemble du mé- canisme, la figure 3 un détail à une échelle plus grande de l'appareil de dépression; la figure 4 montre une variante de cet appareil à dépression ; la figure 5 est une vue générale de l'appareil élévateur doté de perfectionnements, en position initiale de travail; la figure 6 montre la chambre à vide de ce dernier mode d'exé- cution avec sa soupape fermée; la figure 7 permet d'apprécier le fonctionnement de fermeture du tube de décharges; la figure 8 montre la dernière phase de travail de l'appareil montré dans les trois figures précédentes.
Le mécanisme consiste (figures 1, 2 et 3) en deux éléments: un appareil à dépression situé dans le courant du liquide et un ou plu- sieurs réservoirs à vide, situés à des hauteurs convenables. L'appareil hydropneumatique représenté sur les figures 1 et 2 consiste en une tubu- lure où circule l'eau ou le liquide grâce à la dénivellation qui existe entre ses deux extrémités. Un exemple est celui d'une tubulure de fer, de fibrociment ou d'une autre matière, située dans le profil de travers d'un cours d'eau, d'un canal, etc. Un autre exemple est une 'tubulure qui utilise la dénivellation qui existe entre deux branches d'un méan- dre. Un autre exemple est celui d'une tubulure qui réunit deux courants souterrains de niveaux différents. A l'entrée de cette tubulure on instal- le le mécanisme à dépression.
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Celui-ci consiste en un cylindre de fer 1 à l'une des extrémi- tés duquel se trouve un joint 2 (à filetage, à brides, à godet, joint Gi- bault ou autre)qui établit le raccordement avec la tubulure antérieurement mentionnée. A l'autre extrémité se trouve un mécanisme d'obturation du genre d'une soupape constituée de deux éléments : une couronne conique 3 qui s'emboîte avec son siège correspondant 4 formant l'entrée de la tu- bulure, et un disque circulaire 5. qui s'emboîte parfaitement (à l'aide d'un joint de caoutchouc) dans le bord du côté divergent de la couronne conique mentionnée.
Grâce à un support radial 6 la couronne conique se fixe à une tige 7, laquelle peut coulisser, dans la direction du courant et dans l'axe du cylindre, grâce à un guidage convenable au moyen de deux supports, l'un 8. à l'intérieur du cylindre, et l'autre 2 à l'extérieur, le déplace- ment étant limité dans les deux sens par des butées appropriées 10 et 11.
-Le disque circulaire 5. qui ferme la grande base de ce tronc de cône, coulisse sur la tige 7. mentionnée, et peut être séparé à volonté du cône grâce à un levier 12. L'extrémité de la tige, qui a été représen- tée extérieure à la tubulure, est fixée à un jeu de leviers 13 et 14, un contrepoids 15, tendant à maintenir la soupape ouverte. Ce contrepoids peut se fixer au bras du levier 14 à une distance appropriée de son point d'appui 16 afin de pouvoir contre-balancer convenablement la soupape dé- crite. On peut aussi maintenir la soupape ouverte au moyen d'un ressort ou autre système.
Les réservoirs à vide consistent, dans chaque groupe, en des réservoirs 17, 18, suffisamment résistants pour supporter la pression at- mosphérique. Ces réservoirs sont superposés et communiquent entre eux par le moyen de deux raccords à brides de grand diamètre 19 et 20 qui suppor- tent à leur raccordement une soupape à large passage 21 qui a tendance à rester fermée grâce à des contrepoids réglables 22.
Dans la partie supérieure du réservoir le plus élevé 17 se trouve la prise de vide 23 raccordée au tube 24 qui provient du mécanis- me hydropneumatique 1 et est convenablement fermé par une soupape de re- tenue 25.
Au débouché du tube qui provient du mécanisme de base et dans le réservoir supérieur décrit, se trouve un système de soupapes 26 et 27 dont les tiges sont réunies mécaniquement à leurs extrémités 28 et 29 au bras 30 d'un flotteur commun 21, et convenablement guidées, par des sup- ports 32 et 33 de telle façon que quand l'une d'elles 26 (celle qui ob- ture le tube à vide) s'ouvre, l'autre 27 (celle qui met le réservoir en communication avec l'extérieur) se ferme, et vice-versa.
De la partie inférieure du réservoir 17 part un tube 34 qui plonge dans le liquide 35 à élever, avec une soupape de retenue 36 à sa base..
Le réservoir inférieur 18 a deux ouvertures : l'une dans la partie haute, en communication avec l'autre réservoir 17 et obturée par la soupape 21 à contrepoids 22 déjà mentionnée, et l'autre dans la partie basse 37 pour le déplacement de l'eau directement à l'extérieur, ou à l'autre système de réservoirs, si on veut élever cette eau à une hauteur plus grande.
Du tube à vide 24 qui relie le système à dépression de base avec le système de réservoirs décrit, peuvent partir une dérivation 38 ou plusieurs 39, vers un autre ou vers d'autres systèmes de réservoirs semblables à celui qui a été décrit et situés à des hauteurs manométri- ques appropriées.
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Pour expliquer ie fonctionnement on supposera le système au repos et sans amorçage -
On déplace le levier 12 qui actionne la soupape d'amorçage ou le couvercle circulaire 1 par rapport au tronc de cône 3, de façon à l'ou-' vrir et donner passage à l'eau par la tubulure 1-T jusqu'à ce que celle-ci soit remplie. Une fois la tubulure 1-T pleine, on lâche le levier 12 et le couvercle 2 se ferme et il en est de même de la soupape conique 3 pour la même poussée de l'eau.
Ainsi qu'on l'a dit, l'eau a tendance à continuer à circuler par inertie et si on tient l'entrée fermée, elle continuera à circuler jusqu'à ce qu'il se soit formé un vide qui compense la force vive du cou- rant plus le poids de la colonne d'eau qui circule à travers la tubulure 1-T. Du fait de la formation de cette chambre vide dans la zone immédia- tement contiguë à la soupape, il se produit par le tube 24, une extrac- tion de l'air des réservoirs élevés jusqu'à ce que le contrepoids 15 de la soupape conique agisse de façon à l'ouvrir. Le contrepoids doit être compensé uniquement par le poids de la soupape, parce que, si elle était plus lourde, la soupape ne se fermerait-pas sous l'action de la poussée de courant d'eau.
Donc, si la soupape conique 3 se fermait hermétiquement le poids de la colonne liquide serait tel que le contrepoids 15 ne pourrait l'ouvrir. C'est pourquoi la soupape conique ne doit pas fermer herméti- quement et l'on peut obturer à volonté la fuite d'eau ;[ vers l'intérieur de la tubulure afin qu'à l'instant mathématique du coup de bélier ne s'exer- cent pas tous les efforts du poids de la colonne d'eau, de l'inertie et de la force vive extérieure sur la soupape, mais qu'ils se déséquilibrent afin de rétablir la circulation, même en quantité infime, grâce à quoi avec un contrepoids faible, la soupape conique 3. peut s'ouvrir en totali- té de nouveau (mais non pas la soupape d'amorçage 5) en rétablissant le courant dont la force vive ferme de nouveau la soupape en surmontant l'ac- tion du contrepoids 15,
ce qui fait recommencer le cycle expliqué.
La sortie d'eau µ de la soupape conique doit exister, en con- séquence, afin d'accélérer le déséquilibre des forces et d'augmenter la fréquence des coups de bélier, c'est-à-dire la vitesse de fonctionnement du mécanisme, ce qui tourne finalement au profit du rendement.
C'est pourquoi la sortie d'eau et le contrepoids sont réglables indépendamment afin d'adapter le mécanisme aux conditions hydrauliques de chaque cas (débit, différence de pente, etc. ) pour obtenir le rendement ma- ximum.
Le fonctionnement des réservoirs à vide 17, 17' et 18, 18' est le suivant :
Le dispositif de dépression extrait l'air du réservoir supé- rieur 17 à travers la soupape de retenue 25. A mesure que se produit le vide à l'intérieur du réservoir 17, mentionné, l'eau monte par le tube de captation 34 vers le réservoir, en le remplissant peu à peu et en en- traînant dans sa montée le flotteur 31 placé à l'intérieur du dit réser- voir et qui actionne, à la fin de sa course, par l'intermédiaire d'un jeu de leviers, les soupapes d'obturation du tube à vide (soupape 26) et celle d'ouverture 27, à l'extérieur, ce qui permet l'entrée d'air, afin que par la nouvelle augmentation de la pression atmosphérique, s'ouvre, par le poids de la colonne liquide, la soupape 21 à contrepoids 22,
qui met en communication ce réservoir 17 avec le réservoir inférieur 18, ce qui dé- charge le premier de ces réservoirs qui ne peut se décharger par le tube de captation 34, ce qui est empêché par la soupape de retenue située à sa base.
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Une fois déchargé ce premier réservoir, on a les phénomènes suivants : la soupape à contrepoids 21 et 22, qui fait communiquer les deux réservoirs 17 et 18, se ferme, et le flotteur 31, qui est descen- du au fond du réservoir, ferme l'entrée d'air 27 et ouvre la communica- tion avec le tube à vide 23 de l'appareil à dépression, ce qui fait re- commencer le cycle décrit.
La destination du réservoir est exclusivement de servir de récipient pour permettre le travail du tube de captation 34' de l'autre système de réservoirs 17',18', situé à une hauteur plus grande, au cas où l'eau doit s'élever à une hauteur double de celle qui est donnée par les conditions manométriques pratiques.
Au cas contraire l'appareil peut se terminer à la sortie de la soupape à contrepoids 21 et 22.
Ce réservoir inférieur 18 possède dans sa, partie haute une grande ouverture 40, qui le fait communiquer avec l'extérieur,' par la- quelle on introduit le tube de captation du système supérieur dont on a parlé.,
Des essais postérieurs ont montré que l'efficacité de ce dis- positif est beaucoup plus grande si l'on supprime la fuite du liquide vers l'intérieur du cylindre métallique, où l'on obtient par une soupape obtura- trice de fermeture hermétique, une augmentation de dépression ou de coup de bélier négatif. On a constaté aussi que le levier qui actionne l'orga- ne d'amorçage n'est pa.s nécessaire et, dans la nouvelle réalisation repré- sentée en figure 4, cet amorgage s'effectue automatiquement.
La variante de la figure 4 est constituée par un cylindre de fer 1 dont une des extrémités présente un joint 2 pour l'accoupler à un récipient 40 et à une tubulure 41 qui se prolonge en face du dit joint 2.
A l'extrémité opposée à celle décrite, se trouve une embou- chure tronconique 42, dont la petite base est réunie au tube 1, cette em- bouchure étant destinée à faciliter l'entrée du liquide à l'intérieur du cylindre 1.
Dans la partie interne du dit tube 1 est monté un siège 4 avec une embouchure tronconique 43 prolongée par une autre de plus grande dimen- sion 44. Contre le bord ou la grande base de l'embouchure 43 peut s'ajuster un disque 45 réuni à une tige 7 qui se déplace par le centre du tube 1, la- dite tige étant supportée et guidée par la pièce 46, réunie au moyen des bras 47, à la paroi du tube 1.
Une butée 48 limitera la course de la tige 2 dont le disque 45 s'ajustera hermétiquement au moment voulu à l'embouchure 43.
La tige 7 est réunie à articulation par la bielle 13 à un le- vier coudé 14 muni d'un contrepoids 15 qui peut glisser sur celui-ci. Ce levier 14 s'articule et prend appui sur le tube 1 par son pivot 16.
Dans la chambre située entre le joint 2 et l'embouchure 43 du siège!:.:. est accouplé un tube 24 par lequel se transmet l'aspiration provoquée par le vide de cette chambre.
Le déplacement angulaire du levier coudé 14 .(voir ligne poin- tillée) est limité dans la phase de son ouverture par la butée réglable 10.
Le fonctionnement du mécanisme décrit est le,suivant : on supposera que l'appareil est dans la position indiquée sur la figure 4, c'est-à-dire le levier coudé 14 dans sa position la plus basse et la soupa-
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pe d'obturation 45 séparée du siège 43; l'amorçage du tube 1 se produira par la pression même du liquide qui entre par 42 et passe à l'intérieur du tube 1 en se dirigeant vers la. tubulure 41. L'aspiration produite dans la chambre 4, aidée par la pression du liquide qui agit sur les parois de la pièce 48 oblige la soupape d'obturation 45 à s'ajuster sur le siège ± en surmontant la résistance du contrepoids 15.
A ce moment le liquide qui se trouve à l'intérieur du tube 1 après l'obturateur 45 tend à poursuivre son chemin en formant une chambre à vide qui provoque une dépression dans l'enceinte, située après le siège 4, ce qui a pour effet l'extraction de l'air des réservoirs à travers le tube 24.
Quand la dépression cesse à l'intérieur de l'embouchure 44 parce que de l'air est entré par la conduite 24, la soupape 45 entraînée par le contrepoids 15 s'ouvre à nouveau. Ceci a lieu pour équilibrer la pression intérieure du tube 44 avec celle de l'extérieur, et cet équili- bre est déterminé seulement par le poids 15 qui est celui qui sépare l'ob- turateur 45 de son siège 4.
Le processus décrit se répète indéfiniment d'une manière auto- matique et sans qu'il y ait besoin d'amorcer la tubulure à la main au moyen d'un levier comme il se fait dans les exemples des figures 1 à 3.
Les figures 5 à 8 montrent une autre variante de réalisation dans laquelle le dispositif d'aspiration est constitué par un cylindre 1 avec les mêmes organes que ceux décrits à propos de la figure 4. Des bu- tées 10 et 10' limitent la course de la tige 7 dont le disque 45 peut s'ajuster hermétiquement sur l'embouchure 43.
Dans la chambre située entre le joint 2 et l'embouchure 43 débouche le tube 24 par lequel se transmet le vide de la chambre 44 à un réservoir 50 en communication avec un tube 51 muni, à son extrémité, d'une soupape de base 52. Le liquide qui a pénétré dans le réservoir 50 va tom- ber dans un récipient ouvert 53, utilisable dans le cas prévu où l'on veut élever le liquide à un niveau supérieur.
Le tube 41 présente à son embouchure ou extrémité un volet de fermeture 54 muni d'un bras 55 réuni à une tringle 56, solidaire d'une mem- brane élastique 57, disposée à la base d'une boite 58, qui est en communica- tion avec un tube à vide 59 aboutissant à l'autre extrémité à un distribu- teur 60 constitué par un jeu de soupapes 61, 61' et 62, 62' qui se mettent aux moments voulus en communication à travers les passages 61", 62" que présente la pièce centrale 63 formant coulisseau, solidaire de la tringle 64 réunie à la membrane ou au piston 65 dont est pourvue la boite 66. Les orifices 61' et 62' sont en communication avec le tube d'aspiration 24, tandis que l'orifice 62 communique directement avec l'atmosphère, et l'ori- fice 61 avec le tube 59. La boîte 66 communique, de même, avec le tube d'aspiration 24 en question.
Le fonctionnement du mécanisme décrit est le suivant : on sup- posera que l'appareil est dans la position représentée à la figure 5, c'est- à-dire avec le levier 14 à son point le plus bas et la soupape d'obturation 45 séparée du siège 43; l'amorçage du cylindre 1 se fait par la circulation même du liquide qui entre par l'embouchure 42, remplit l'intérieur du cy- lindre 1 et se dirige, à travers la tubulure 41, vers sa sortie. L'aspira- tion produite dans la chambre 44 et la circulation du liquide agissent sur les parois de la soupape d'obturation 45 qui s'ajuste sur le siège 4 en sur- montant la résistance du contrepoids 15.
A ce moment,le liquide qui se trouve à l'intérieur du tube 41 tend à poursuivre son chemin, grâce à l'inertie de sa masse, en formant une chambre à vide qui détermine une dépression dans l'enceinte située après le
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siège 4,, ce qui a pour résultat l'extraction de l'air, par le tube 24, le réservoir 50 et le tube 51. Par ce dernier s'élève le liquide avec lequel il est en contact et le liquide remplit le réservoir 50. En figure 6, on peut apprécier le trajet suivi par le liquide, qui est indiqué par des flèches en trait plein, tandis que le trajet de l'air est indiqué par des flèches en trait interrompu.
La dépression qui se produit dans la chambre 44 et qui se transmet par le tube 24 agit dans la boîte 66 et déplace la membrane 65 qui actionnepar la tringle 64, le coulisseau-tiroir 63 (figure 7) met- tant en communication automatiquement les passages 61, 61' et 61", en transmettant l'aspiration au tube 59 et provoquant l'aspiration de la membrane 57, l'entraînement consécutif du bras 55 et la fermeture du vo- let 54, ce qui met un terme à la circulation du liquide par le tube 41.
La dépression continue à agir dans la boîte 66 en sorte que le coulisseau-tiroir 63 déplacé par la membrane 65, poursuit son ascension jusqu'au moment ou viennent à coïncider les orifices 62, 62' et 62" (figure 8) ce qui donne lieu à l'entrée d'air dans l'appareil, l'orifice exté- rieur 62 étant en communication directe avec l'atmosphère.
Lorsque la soupape d'obturation 45 s'ouvre par suite de l'ac- tion du contrepoids 15, et avec l'entrée du liquide dans la chambre 44, toute dépression cesse en cette chambre, la pièce 63 descend et en même temps le volet 54 s'ouvre et le liquide contenu dans la tubulure 41 recom- mence à circuler.
Ce cycle se répète indéfiniment tant qu'il existe un courant de liquide dans le cylindre 1, le liquide qui est aspiré par le tube 51 aboutissant au récipient 53 pour son utilisation.
La fermeture et l'ouverture du volet 54, avec, en conséquence, la retenue du liquide dans le premier cas et sa libération dans le second, se font dans une fraction de temps, de manière périodique et régulière.
Le procédé décrit se poursuit d'une manière complètement automa.- tique sans nécessité d'amorcer, à la main ou mécaniquement, la chambre 1.
On doit indiquer que la soupape de distribution 60-63 peut être actionnée physiquement ou par le levier 14 suivant les mouvements périodi- ques de ce levier. On peut la remplacer par un autre mécanisme et les boites avec membranes ou pistons 57 et 65 peuvent être modifiées de même et on peut employer à leur place des pistons actionnées également par l'as- piration ou par le levier mentionné 14.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil pour l'obtention du vide destiné à l'élévation des liquides, consistant essentiellement en un obturateur automatique si- tué dans l'embouchure d'entrée d'une tubulure afin d'interrompre brusque- ment, d'une manière périodique, la veine liquide qui circule par cette tu- bulure, cet obturateur ayant la fonction de provoquer un coup de bélier né- gatif ou de dépression, cette dépression convenablement emmagasinée étant utilisée pour l'aspiration et l'élévation du liquide.