<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé et appareil pour créer de façon cyclique un phénomène de cavitation dans un courant de liquid".
La présente invention concerne un appareil et un procédé destinés à engendrer ce que l'on appelle des cavités dans un ré- seau de liquide, sur une base de récurrence cyclique, de manière à faciliter le mélange, le nettoyage ou tout autre opération du même genre à l'intérieur dudit réseau de liquide.
L'utilisation de dispositifs à ultrasons pour créer des cavités dans un réseau de liquide et l'utilisation desdites
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
cavités dant. in ( el., in nombre d'opérations t-el1<..-' que le nettoya- ge de tuyauteries et le mélange de liquides, par exemple, sont bien connus.
Toutefois , la création de cavités au moyen de disposi- tifs à ultrasons nécessite ordinairement l'utilisation d'un oscil- lateur électronique et d'un transducteur associés, et un tel appa- reil est, par sa nature même, quelque peu compliqué et onéreux.
EMI2.2
Conformément à la présente invention, on a créé un appa- reil destinéà engendrer, de façon cyclique @ dans un milieu liquide, cet appareil comprenant une soupape comportant un alésage d'entrée, deux alésages de sortie et une soupape battant sur son siège agencée de mariere à Forter alternativement contre chacun desdits alésages de sortie en y bloquant l'écoulement du liquide.
L'entrée de la soupape est couplée à une conduite à tra- vers laquelle, par exemple, le liquide à mélanger est pompé, tan- dis que les alésages de sortie sont couplés à des conduites de sortie dont la longueur est égale à au moins plusieurs fois leur diamètre, ces conduites communiquant avec un récipient d'emmagasi- nage ou réservé à une autre utilisation ou bien étant recyclé par l'intermédiaire de la soupape. Le liquide se trouvant dans les conduites de sortie est toujours soumis à une pression suffisante pour provoquer l'arrêt du débit de manière à remplir les cavités après leur formation .
Lorsque la matière est pompée à travers l'obturateur, la soupape battante est éloignée de sa position centrale et ferme brusquement l'un des alésages de sortie, ce qui soumet le liquide se trouvant au-delà du point de fermeture à une tension, en engendrant ainsi des cavités dans le liquide. Avec la disparition des cavités ainsi créées du fait de l'inversion d'écoulement du liquide au-delà de la soupape battante, cette dernière est amenée à sa position ouverte, puis porte contre le siège de l'autre alésage de sortie, en en provoquant ainsi la fermeture.
Des cavités sont engendrées à nouveau dans la conduite de sortie fermée brusquement et leur disparition provoque l'ouver-
<Desc/Clms Page number 3>
ture de la soupape battante et, de façon cyclique et répétée, la soupape battante porte à nouveau contre son siège de manière à fer- mer alternativement chacune des branches de sortie. Les branches de sortie peuvent être des conduites dans lesquelles se produit une émulsion, c'est-à-dire un,mélange des liquides qu'ellescon- tiennent ou bien elles peuvent, par exemple être constituées par des tubes ou autres parties d'un échangeur de chaleur.
La présente invention sera mieux comprise et des avan- tages supplémentaires apparattront au cours de la description qui va suivre pour laquelle on se reportera au dessins annexé, sur lequel :
La figure 1 est une vue schématique d'un marteau d'eau cyclique conforme à la présente invention.
La figure 2 est une élévation-coupe partielle d'un pre- de mier mode/réalisation d'une soupape battante qui est agencée en vue de son utilisation dans la présente invention.
La figure 3 est une vue schématique d'un marteau d'eau cyclique à soupapes multiples et conforme à la présente invention.
La figure 4 est une vue schématique d'un échangeur de chaleur agencé conformément à la présente invention.
On a représenté sur le dessin et particulièrement sur la figure 1 un appareil destiné à engendrer des cavités dans un réseau de liquide comprenant une pompe 10, habituellement du type à écoulement centrifuge, c'est-à-dire continu, qui est couplée à une boucle d'écoulement référencée 12 dans son ensemble, cette boucle étant, sur la majeure partie de sa longueur, divisée, par une cloison 14, en deux voies ou canaux d'écoulement 16 et 18.
Une soupape battante 20, qui est articulée à l'extrémité 22 de la cfison 14 et qui fait face à l'écoulement entrant en provenance de la pompe 10, est agencée de manière à porter sur son siège et à fermer alternativement chacune des voies d'écoulement 16 et 18, par exemple.
Un réservoir du type détendeur ou organe d'amorissement
<Desc/Clms Page number 4>
24 est couplé à la boucle d'écoulement 12 en aval de la pompe 10 par rapport au sens d'écoulement du liquide en provenance de la pompe.
Durant le fonctionnement, on remplit la boucle d'écou- lement et une partie du récipient détendeur 24 avec un milieu li- quide susceptile d'être pompé, comme, par exemple, de l'huile et de l'eau.La pompe est ensuite mise en marche et elle pompe le milieu liquide dans le sens de la flèche 26 en direction de l'ex- trémité 22 de la cloison ou séparation 14. La soupape battante 20 est facilement basculée, de manière à fermer l'une ou l'autre des voies d'écoulement 16 ou 18. En supposant, par exemple, que la soupape battante ferme brusquement la voie 18, un coup de bélier se produit et le milieu liquide se trouvant au-delà de la soupape fermée est soumis à une tension jusqu'à ce que la force élastique du liquide soit contre-balancée, de qui rompt l'homogénéité du liquide et y produises cavités.
Les cavités produites sont insta- bles étant donné qu'elles sont soumises à la pression du liquide environnant et elles disparaissent brusquement en produisant des , ondes de choc dans le liquide. La formation et la disparition de ces cavités est souvent désignée sous l'appellation de phénomène de cavitation. Le rôle du réservoir détendeur est d'agir comme anti-coup de bélier pour isoler la pompe d'avec la soupape battante et pour loger le liquide en excédant lorsque des cavités sont for- mées dans le réseau fermé.
Après la formation des cavités, le liquide se trouvant dans la voie d'écoulement qui est fermée à l'une de ses extrémité!par la soupape battante 20 change de sens d'écoulement lorsque les cavités se ferment et produit un coup de bélier en retour, en provoquant l'ouverture de la soupape 20 et la fermeture par cette dernière de la voie d'écoulement 16. Ce mode de fermeture cyclique de la soupape battante, continue d'une façon répétée en créant des ondes de choc et des coups de bélier cycliques.
L'agencement représenté sur la figure 1 peut être
<Desc/Clms Page number 5>
considéré comme étant un oscillateur mécanique. L'appareil repré- ' aenté sur cette figure est utilisé pour obtenir l' émulsion d'huile en d'eau, ou peut être utilisé, par exemple, pour le mélange ou le traitement de liquides qui peuvent ou non être soumis aux in- fluences extérieures pendant qu'ils se trouvent dans l'appaioil.
Des exmples des influences extérieures sont la largeur et les radiations.
Si l'on se réfère maintenanà la figure 3, on peut voir que l'appareil de la présente invention peut être utilisé dans cas réseaux où le milieu liquide ne traverse le dispositif qu'une seule fois et n'est pas remis en circulation comme dans l'appa- reil représenté sur la figure 1. Dans l'appareil représenté sur la figure 3, le milieu liquide est pompé au moyen d'une pompe 28 à partir d'un premier récipient 30 jusqu'à un second récipient 32.
Une conduite d'écoulement référencée 34 dans son ensemble, est couplée, par l'intermédiaire de la pompe 28, et s'étend depuis le récipient 30 jusque dans le récipient 32. La conduite 34 est di- visée en deux voies ou canaux d'écoulement distincts à plusieurs endroits sur sa longueur, au moyen de cloisons 36,38 et 40, par ecemple.
Une soupape battante 42, similaire à la soupape 20 de la figure 1, est articulée à l'extrémité de la cloison 36 où le milieu liquide s'écoulant pénètre dans les voies d'écoulement 43 et 44 et elle est agencée de manière à fermer l'une ou l'autre des voies 43 et 44 suivant les conditions de fonctionnement exis- t.ant dans l'appareil.
De façon similaire, les soupapes 46 et 48 sont articu- lées à l'extrémité d'entrée du fluide de chacune des cloisons 38 et 40, de manière à fermer, alternativement, les trajets d'écou- lement 50,52, et 54, 56.
Pendant son fonctionnement, l'appareil agit de'façon similaire à l'appareil représenté sur la figure 1, à l'exception que chaque soupape battante distincte et ses trajets d'écoulement
<Desc/Clms Page number 6>
associés agissent de manière à engendrer en séquence des cavités dans les trajets d'écoulement correspondants, comme le font la soupape 20 et les trajets d'écoulement 16 et 18 afin da créez dans le liquide s'écoulant depuis le récipient 30 jusqu'au reci- pient 32 une population de cavités beaucoup plus grande que celle qui serait produite avec un agencement à trajet d'écoulement et à soupape uniques.
Si l'en se réfère maintenant à la figure 2, on peut voir que l'on y a représenté un ensemble à soupape battante, référencé
60 dans son ensemble, comportant une section de corps 62 en forme de T, dont un conduit 64 d'entrée de liquide et des conduits 66 et 68 de sortie de liquide communiquant l'une avec l'autre. Le diamètre de la conduite d'entrée 64 est, de préférence, mais non pas nécessairement, plus grand que le diamètre de chacune des conduites de sortie 66 et 68. Les extrémités intérieures, c'est- à-dire de corps 70 et 72 des conduites de sortie 66 et 68, ont chacune une forme qui leur permet de constituer un siège destiné à une soupape à bille 74 qui est disposée à l'intérieur du corps
62 de la soupape 60.
La partie de paroi 76 du corps 62 qui se trouve entre les extrémités de siège de soupape 70 et 72 est lé- gèrement curviligne, de manière que, lorsqu'il n'y a pas de mi- lieu liquide pompé à travers le dispositif, la soupape à bille
74 tend à se trouver à l'écart de l'un et de l'autre des sièges de soupape 70 et 72 et légèrement décalée du centre par rapport au trajet d'écoulement du fluide allant de la conduite d'entrée jusqu'aux conduites de sortie.
Durant le fonctionnement, la position de repos,légère- ment décalée du centre, de la soupape à billes 74, donne l'assu- rance que lorsque le liquide est pompé ou amené à travers la con- duite d'admission 74 et est refoulé des conduites d'échappement
68 et 66, la bille sera transportée par le liquide et portera contre l'un des sièges 70 et 72. La venue brusque sur son siège de la bille produit un coup de bélier et, dans la conduite de
<Desc/Clms Page number 7>
sortie, le liquide est soumis à une tension et il se forme des cavités dans le liquide. Lorsque les cavités disparaissent, le coup de bélier qui en résulte oblige la soupape à quitter son siège et à venir en direction de l'autre siège de soupape, la bille étant transportée vers l'autre siège par l'écoulement du liquide après son passage au point médian entre les deux sièges de soupape.
A nouveau, la venue sur son siège de la soupape à tille 74 provoque un coup de bélier, ainsi que la production de cavités dans le liquide de la conduite de sortie fermée, puis ensuite le départ hors de son siège de la soupape à bille sous l'effet de la disparition des cavités, comme précédemment.
L'agencement d'oscillateur mécanique représenté sur la figure 2 peut être utilisé comme le sont les soupapes battantes 20,42, 46 ou 48 des figures 1 et 3 où la partie de diamètre com- plet la plus grande des conduites d'écoulement 12 ou 34 constitue la conduite d'entrée 64 du dispositif 60 et où les voies d'écoule- ment 16-18,43-44, 50-52 et 54-56 constituent les conduites de sortie 66 et 68 du dispositif précité.
On a représenté sur la figure 4 un autre mode de réa- lisation de la présente invention.
Dans l'appareil de la figure 4, un liquide est entraîné à travers la conduite 80 par la pompe 82. Un élément 84, repré- setné sous la forme d'un réservoir amortisseur de coups de bé- lier, par exemple, est couplé à la conduite 80 entre la pompe 82 et un ensemble à soupape battante 86 qui est du même type que la soupape battante 20 représentée sur la figure 1. L'ensemble à soupape 86 comprend l'organe obturateur battant (ou soupape) 88 et les sièges de soupape 90 et 92 qui communiquent avec des tubes 94 et 96. Les tubes 94 et 96 se terminent dans un collecteur com- mun, puis sont couplés à un dispositif quelconque d'utilisation non représenté.
Les tubes 94 et 96 sont renfermés dans une chemise 100 d'échangeur de chaleur comportant une admission 102 et un échappement 104 au moyen duquel un fluide pour échangeur de cha-
<Desc/Clms Page number 8>
leur, comme par exemple de la vapeur, est entraîné en circulatio à travers la chemise 100 et autour des tubes 94 et 96.
Lorsque le liquide, par exemple de l'eau, est pompa . travers l'appareil, l'organe obturateur battant 88 de l'ensemble à soupape battante ferme brusquement l'un des sièges de soupape 90 ou 92 en soumettant le liquide se trouvant derrière la soupap (c'est-à-dire se trouvant dans le sens suivant lequel s'écoule normalement le liquide) à une tension et en provoquant la naissa ce de cavités dans le liquide. Comme indiqué précédemment, la for mation et la disparition de ces cavités est souvent désignée tout l'appellation de phénomène de cavitation.
A la dispartition des cavités ainsi produites, le liquida se trouvant dans la voie d'écoulement sont l'extrémité a été flet mée par la soupape battante 88 produit un coup de bélier et terme brutalement la soupape battante de manière que l'extrémité de l'a tre voie(94 ou 96) soit fermée. Des cavités se forment alors dans le tube qui vient d'être fermé, disparaissent, font basculer la soupape battante de manière à fermer l'autre tube et le processus de répétition continue.
Le fluide de l'échangeur de chaleur appliqué à la chemi se de l'échangeur de chaleur peut être soit plus chaud,-soit plus f roid que le liquide se trouvant dans la conduite 80.
Lorsque le liquide pompé, c'est-à-dire circulant sous pression à travers les tubes 94 et 96 de l'échangeur de chaleur, est d'un type qui tend à former un revêtement, c'est-à-dire un dépôt, comme par exemple le tartre déposé par l'eau, sur les pa- rois du tube pendant l'utilisation du dispositif, on a constaté que les caractéristiques de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur réalisé conformément à la présente invention sont bien meillleures que celles des tubes identiques d'un échangeur de chaleur ne comportant pas de dispositif engendrant des cavités.
Des mesures de ces caractéristiques ont été effectuées à des ' intervalles prédéterminés sur une période de temps prolongée.
<Desc/Clms Page number 9>
On a également observé que lorsque la température du fluide qui se trouve dans la chemise 100 de l'échangeur de chaleur cst supérieure à la température du liquide qui forme le dépôt et qui est présent dans lea tubes 94 et 96, apparemment, l'action est supérieure à celle qui se produit lorsqu'un tel rapport de nettoyage du tube, c'est-à-dire d'enlèvement du dépôt/de tempé- rature n'existe pas entre les tubes et la chemise.
Habituellement, l'ensemble à soupape battante est dispo- sé à environ 30,5 cm des tubes à nettoyer. La longueur des tubes 94 et 96 doit, pour que l'on obtienne les meilleurs résultats, être de nombreuses fois leur diamètre.
On peut aussi, dans la pratique, utiliser un seul en- semble à soupape battante pour deux échangeurs de chaleur.
Si les tubes de chaque échangeur sont coupas à uncollec- teur commun, les tubes 94 et 96 peuvent être couplés chacun à un collecteur distinct d'un échangeur de chaleur. Dans le cas où le fluide se trouvant dans la chemise de chaque échangeur de chaleur doit être soumis à une cavitation pour produire une action de net- toyage ou d'enlèvement de tartre, les raccordements aux tubes 94 et 96 peuvent être effectués à l'entrée (102 sur le dessin) des chemises de l'échangeur de chaleur. Avec un tel agencement, il est possible de netoyer les surfaces extérieures des tubes de l' échangeur de chaleur ainsi que les surfaces de la paroi dudit échangeur.
Si le liquide, qui est en contact avec la partie de l'échangeur de chaleur à nettoyer, n'est pas onéreux, comme par exemple de l'eau, il est bien entendu avantageux de n'utiliser que le seul tube raccordé à la seule soupape d'un ensemble à soupape battante pour l'opération de nettoyage, tandis que l'au- tre tube ou "branche" du dispositif constitue une conduite à tra- vers laquelle le liquide est conduit jusqu'à un dispositif d'éva- cuation ou à un réservoir de récupération. La "branche" ou conduite qui n'est pas couplée à l'échangeur de chaleur doit, de préférence, etre aussi longue ou bien plus longue que l'autre conduite qui est
<Desc/Clms Page number 10>
couplée' l'échangeur de chaleur afin d'éviter un gaspillage nui- sible de grande quantité de liquide.
La fermeture cyclique de la soupape battante est fonc- tion des caractéristiques du réseau dans lequel elle travaille, mais on a utilisé des fréquences cycliques allant de 1 cycle par minute jusqu'à 200 cycles par seconde environ.
On a obtenu un nettoyage excellent de tubes d'échangeur de chaleur, c'est-à-dire un empêchement de formation de dépôt dans ces tubes en faisant fonctionner l'ensemble à soupape battante pendant une demi-heure seulement sur une période de 24 heures de fonctionnement de l'échangeur de chaleur, cela à une fréquence d'ouverture et de fermeture de 1,5 cycle par seconde.
Bien que cela n'ait pas été représenté sur le dessin, le dispositif utilisé lors des essais comportait des dispositifs obturateurs grâce auxquels l'ensemble à soupape battante pouvait être court-circuité.
La pression du liquide dans ta conduite 80 peut varier de 0,35 jusqu'à 280 kg/cm2 par exemple, mais on a obtenu un très bon fonctionnement du dispositif pendant les essais avec une pres- sion de 4,58 kg/cm2.
Bien que l'on ait utilisé une soupape battante dans l'o- pération décrite pour la présente invention, on peut la remplacer par la soupape à bille de la figure 2. La soupape à bille peut être en métal, en matière plastique à l'état solide, en bois, ou en toute autre matière appropriée.
Bien que les limites de pression de 0,35 et de 280 kg/cm2 aient été utilisées lors des essais, les limites supérieures de pression ne sont, dans la pratique, apparemment limitées que par les possibilités de l'appareil à supporter cette pression.