CA2159097C - Systeme de regulation d'air pour reservoir hydropneumatique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de régulation d'air pour un réservoir hydropneumatique d'une canalisation hydraulique comprenant une chambre, un moyen de remplissage d'eau de la chambre, un moyen de vidange d'eau de la chambre, un moyen d'introduction automatique d'air dans la chambre pendant la vidange, un moyen d'injection automatique de l'air de la chambre vers le réservoir pendant le remplissage, et un moyen de commande relié à au moins un détecteur de dépassement d'un niveau seuil de l'eau contenue dans le réservoir et aux moyens de remplissage et de vidange de la chambre. Si le détecteur indique une insuffisance du volume d'air contenu dans le réservoir, le moyen de commande déclenche au moins un cycle remplissage/vidange de la chambre jusqu'à ce que le détecteur indique que le volume d'air dans le réservoir est redevenu suffisant. L'invention permet de maîtriser avec précision le problème de dissolution de l'air au contact de l'eau dans le réservoir.
Description
21~9~9'~
Système de régulation d'air pour réservoir hydropneumatique.
La présente invention concerne un système de régulation d'air pour un réservoir hydropneumatique équipant une canalisation hydraulique qui peut être un réseau de distribution en eau potable ou d'irrigation, ou un réseau d'évacuation d'eaux usées ou de liquides chimiques.
Le réservoir hydropneumatique peut fonctionner en réservoir de régulation (ou hydrophore) pour réguler la pression de pompage et assurer la continuité du service dans la canalisation, dans une plage de pression entre un seuil haut et un seuil bas. Au dépassement du seuil haut de pression, la pompe (ou une des pompes) d'alimentation de la canalisation est arrêtée. Le réservoir de régulation fait alors un apport en eau dans la canalisation. Lorsque le seuil bas est atteint, la pompe est redémarrée pour assurer une pression suffisante dans la canalisation.
Le réservoir hydropneumatique peut également être utilisé comme un réservoir anti-bélier d'une canalisation hvdrauliaue afin de compenser des effets de dépression et de surpression provoqués par exemple par un arrêt d'une pompe ou une fermeture de vanne. Le fonctionnement d'un tel réservoir est connu notamment par le brevet français 2 416 417 (ROCHE).
Un problème important pour assurer le bon fonctionnement du réservoir hydropneumatique réside dans le maintien d'un volume d'air constant dans le réservoir. En effet, le réservoir hydropneumatique contient, en fonctionnement, de l'eau ou un liquide quelconque en écoulement dans la canalisation, et de l'air enfermé dans le réservoir juste au-dessus de la surface d'eau. La dissolution de l'air dans l'eau ou inversement le dégagement gazeux du liquide pouvant se produire dans certains cas créent une variation du volume d'air enfermé dans le réservoir. I1 est donc nécessaire d'apporter des solutions permettant d'introduire de l'air dans le réservoir en cas d'insuffisance, et d'évacuer de l'air en trop du réservoir dans le cas contraire.
D'une manière générale, l'apport en air dans le réservoir hydropneumatique est assuré au moyen d'un compresseur d'air ou d'un ~.~59Q9~
injecteur d'air extérieur.
Le compresseur d'air a pour inconvénient principal que l'air introduit dans le réservoir contient des gouttelettes ou vapeurs d'huile envoyées par le compresseur. Si la présence d'huile ainsi apportée dans le réservoir n'est pas gênante pour l'évacuation des eaux usées, il n'en est pas de même pour l'alimentation en eau potable.
Les injecteurs d'air permettent de supprimer les entraînements d'huile dans l'air injecté au réservoir hydropneumatique. Ils ne permettent pas de compenser avec exactitude la variation du volume d'air dans le réservoir. En effet, seule l'expérience permet jusqu'à
présent de fixer le volume d'air supplémentaire à apporter au réservoir en fonction notamment de la contenance du réservoir et de la pression de l'eau dans la canalisation, étant donné que la dissolution de l'air au contact de l'eau dépend de nombreux facteurs. Comme conséquence, il peut se produire, soit une insuffisance, soit un surplus d'air injecté
dans le réservoir qui provoquent une incapacité de régulation correcte et, pour le second cas, des poches d'air pouvant être véhiculées par l'eau dans la canalisation et donner naissance à des coups de bélier.
En outre, l'injecteur d'air classique souffre d'autres imperfections:
l'utilisation approximative du volume disponible dans l'injecteur pour le cycle de remplissage en eau (injection d'air dans le réservoir) /
vidange (introduction de l'air dans le dispositi f , l'absence de moyens de protection de la soupape d'admission d'air du dispositif contre le risque de détérioration par contact avec l'eau (notamment eaux usées), l'absence de préoccupation de la qualité de l'air injecté dans le réservoir, et dans le cas d'une canalisation avec pompe immergée, l'utilisation d'un siphon de vidange dans la canalisation qui crée une perte en rendement de la pompe immergée à cause de l'évacuation permanente d'eau pompée par le siphon, et chaque démarrage de la pompe immergée entraîne nécessairement une injection de l'air dans le réservoir même si une telle injection n'est pas demandée.
Le réservoir hydropneumatique comprend en général un corps creux dénommé ballon qui communique avec la canalisation pour contenir le liquide. Le ballon peut être muni ou non d'une vessie. Pour un ballon sans vessie, il est nécessaire de prévoir un moyen d'injection WO 94121957 PC'TIFR94/00317 de l'air dans le ballon afin de compenser la dissolution de l'air dans le liquide à l'intérieur du ballon.
Jusqu'à présent, la détection du dépassement des niveaux seuil du liquide dans un ballon sans vessie est généralement obtenue à l'aide de contacts électriques montés sur la paroi latérale du ballon à travers une fenêtre pratiquée sur ladite paroi. Cette solution présente des inconvénients sur le plan pratique, notamment le problème de dépôt d'impuretés suz~ les contacts électriques dont le fonctionnement peut en être altéré et des difficultés voire impossibilités pour la modification des réglages.
Par ailleurs, un problème supplémentaire existe lorsque l'injection d'air dans le réservoir hydropneumatique est effectuée via la canalisation d'eau. En effet, la quantité d'air introduite dans le réservoir via la canalisation n'est pas totale, car une partie de l'air injecté dans la canalisation en amont du réservoir est véhiculée directement par la canalisation en aval du réservoir sans entrer dans le réservoir. Il en résulte une moindre efficacité du système, difficile d'ailleurs à déterminer, et la présence d'air dans la canalisation en aval du réservoir peut poser de sérieux problèmes sur le plan hydraulique.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités en proposant un système de régulation d'air pour réservoir hydropneumatique qui permet d'introduire un volume d'air correspondant précisément au complément nécessaire au réservoir.
L'invention a également pour objet un système de régulation d'air permettant de fournir un volume d'air constant à chaque cycle de remplissage et de vidange du systëme.
L'invention a en outre pour objet un système de régulation d'air dont le moyen d'admission d'air est protégé contre la détérioration ou le colmatage au contact du liquide.
L'invention a encore pour objet un système de régulation d'air qui fournit au réservoir hydropneumatique de l'air compatible avec le liquide véhiculé dans la canalisation hydraulique permettant d'éviter la pollution du liquide par l'air introduit.
Le système de régulation d'air pour un réservoir hydropneumatique d'une canalisation hydraulique selon l'invention, .: _4_ 2159097 comprend une chambre, un moyen de remplissage d'eau de la chambre, un moyen de vidange d'eau de la chambre, un moyen d'introduction automatique d'air dans la chambre pendant la vidange, et un moyen d'injection automatique de l'air de la chambre vers le réservoir pendant le remplissage. Selon l'invention, le système comprend en outre un moyen de commande relié à au moins un détecteur de dépassement d'un niveau seuil du liquide contenu dans le réservoir, et aux moyens de remplissage et de vidange d'eau de la chambre. Lorsque le détecteur fournit un signal correspondant à une insuffisance de volume d'air dans le réservoir, le moyen de commande déclenche au moins un cycle de remplissage/vidange de la chambre jusqu'à ce que le détecteur indique que le volume d'air dans le réservoir est redevenu suffisant.
Grâce à l'invention, on peut maîtriser avec précision le problème de dissolution de l'air au contact de l'eau dans le réservoir de régulation.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on peut équiper le sommet de la chambre d'un détecteur de niveau du liquide, relié au moyen de commande pour indiquer la fin du remplissage de la chambre . Le moyen de commande peut alors déclencher la phase de vidange de la chambre à ce moment précis. De même, on peut équiper le fond inférieur de la chambre d'un détecteur de niveau du liquide relié au moyen de commande, pour indiquer la fin de la vidange pour permettre au moyen de commande de déclencher la phase de remplissage de la chambre. Ainsi, le volume d'air injecté dans le réservoir est constant pour chaque cycle de remplissage/vidange de la chambre du système et, surtout, les phases remplissage/vidange de la chambre peuvent se succéder sans temps mort tant que le manque d'air persiste.
Avantageusement, la chambre du système de régulation d'air comporte un tube sensiblement vertical dont l'extrémité inférieure débouche dans la paroi ~..,~,..
_5- 215~~~~
supérieure de la chambre, l'extrémité supérieure du tube étant pourvue d'une électro-vanne pour l'admission de l'air dans la chambre. Le tube vertical joue le rôle d'une chambre de compression entre l'électro-vanne d'admission de l'air et la surface du liquide dans la chambre empêchant le liquide d'atteindre l'électro vanne d'admission de l'air, ce qui permet de protéger l'électro-vanne contre une détérioration possible au contact du liquide, surtout dans le cas des eaux usées ou des liquides chimiques.
De préférence, l'électro-vanne d'admission de l'air du système est connectée à une extrémité d'une conduite, l'autre extrémité de la conduite étant placée au voisinage immédiat de la surface de l'eau à pomper, de façon à ce que l'air injecté par le système dans le réservoir soit compatible avec l'eau véhiculée par la canalisation. Ce point est particulièrement important pour une canalisation d'alimentation en eau potable afin d'éviter tout risque de pollution de l'eau par l'air injecté. En effet, l'air atmosphérique au voisinage de l'électro-vanne d'admission de l'air peut contenir des particules nocives qui peuvent détériorer la qualité de l'eau.
Avantageusement, le réservoir hydropneuma tique comprend en outre une barre creuse rendue solidaire du réservoir et plongée verticalement vers le bas dans le réservoir. L'extrémité inférieure de la barre creuse est fermée de façon à former une cavité
longitudinale isolée de l'intérieur du réservoir par la paroi de la barre creuse. Dans la cavité de la barre est ( sont ) logé ( s ) le ( s ) détecteur ( s ) de dépassement de niveau seuil.
De préférence, la hauteur du ou des détecteurs) dans la barre creuse peut être réglée de façon à permettre la modification des niveaux seuil du liquide dans le corps creux du réservoir selon besoin.
Le (s) détecteur (s) peu (ven) t être du type capacitif ou -5a- 2159097 équivalent qui fourni(ssen)t des signaux différents lorsqu'il y a présence ou absence du liquide à leur hauteur.
Grâce à l'invention, on supprime les problèmes de résistance à la pression, d'étanchéité et de dépôt d'impuretés connus pour les moyens de détection classiques et on peut adapter facilement le réservoir pour réguler la pression du liquide à des plages différentes selon les besoins liés à la nature de la canalisation et à son nouveau régime hydraulique souhaité. De plus, on peut choisir des barres creuses de faible diamètre résistantes aux fortes pressions.
Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le système comprend un piège à air associé au réservoir hydropneumatique dans
Système de régulation d'air pour réservoir hydropneumatique.
La présente invention concerne un système de régulation d'air pour un réservoir hydropneumatique équipant une canalisation hydraulique qui peut être un réseau de distribution en eau potable ou d'irrigation, ou un réseau d'évacuation d'eaux usées ou de liquides chimiques.
Le réservoir hydropneumatique peut fonctionner en réservoir de régulation (ou hydrophore) pour réguler la pression de pompage et assurer la continuité du service dans la canalisation, dans une plage de pression entre un seuil haut et un seuil bas. Au dépassement du seuil haut de pression, la pompe (ou une des pompes) d'alimentation de la canalisation est arrêtée. Le réservoir de régulation fait alors un apport en eau dans la canalisation. Lorsque le seuil bas est atteint, la pompe est redémarrée pour assurer une pression suffisante dans la canalisation.
Le réservoir hydropneumatique peut également être utilisé comme un réservoir anti-bélier d'une canalisation hvdrauliaue afin de compenser des effets de dépression et de surpression provoqués par exemple par un arrêt d'une pompe ou une fermeture de vanne. Le fonctionnement d'un tel réservoir est connu notamment par le brevet français 2 416 417 (ROCHE).
Un problème important pour assurer le bon fonctionnement du réservoir hydropneumatique réside dans le maintien d'un volume d'air constant dans le réservoir. En effet, le réservoir hydropneumatique contient, en fonctionnement, de l'eau ou un liquide quelconque en écoulement dans la canalisation, et de l'air enfermé dans le réservoir juste au-dessus de la surface d'eau. La dissolution de l'air dans l'eau ou inversement le dégagement gazeux du liquide pouvant se produire dans certains cas créent une variation du volume d'air enfermé dans le réservoir. I1 est donc nécessaire d'apporter des solutions permettant d'introduire de l'air dans le réservoir en cas d'insuffisance, et d'évacuer de l'air en trop du réservoir dans le cas contraire.
D'une manière générale, l'apport en air dans le réservoir hydropneumatique est assuré au moyen d'un compresseur d'air ou d'un ~.~59Q9~
injecteur d'air extérieur.
Le compresseur d'air a pour inconvénient principal que l'air introduit dans le réservoir contient des gouttelettes ou vapeurs d'huile envoyées par le compresseur. Si la présence d'huile ainsi apportée dans le réservoir n'est pas gênante pour l'évacuation des eaux usées, il n'en est pas de même pour l'alimentation en eau potable.
Les injecteurs d'air permettent de supprimer les entraînements d'huile dans l'air injecté au réservoir hydropneumatique. Ils ne permettent pas de compenser avec exactitude la variation du volume d'air dans le réservoir. En effet, seule l'expérience permet jusqu'à
présent de fixer le volume d'air supplémentaire à apporter au réservoir en fonction notamment de la contenance du réservoir et de la pression de l'eau dans la canalisation, étant donné que la dissolution de l'air au contact de l'eau dépend de nombreux facteurs. Comme conséquence, il peut se produire, soit une insuffisance, soit un surplus d'air injecté
dans le réservoir qui provoquent une incapacité de régulation correcte et, pour le second cas, des poches d'air pouvant être véhiculées par l'eau dans la canalisation et donner naissance à des coups de bélier.
En outre, l'injecteur d'air classique souffre d'autres imperfections:
l'utilisation approximative du volume disponible dans l'injecteur pour le cycle de remplissage en eau (injection d'air dans le réservoir) /
vidange (introduction de l'air dans le dispositi f , l'absence de moyens de protection de la soupape d'admission d'air du dispositif contre le risque de détérioration par contact avec l'eau (notamment eaux usées), l'absence de préoccupation de la qualité de l'air injecté dans le réservoir, et dans le cas d'une canalisation avec pompe immergée, l'utilisation d'un siphon de vidange dans la canalisation qui crée une perte en rendement de la pompe immergée à cause de l'évacuation permanente d'eau pompée par le siphon, et chaque démarrage de la pompe immergée entraîne nécessairement une injection de l'air dans le réservoir même si une telle injection n'est pas demandée.
Le réservoir hydropneumatique comprend en général un corps creux dénommé ballon qui communique avec la canalisation pour contenir le liquide. Le ballon peut être muni ou non d'une vessie. Pour un ballon sans vessie, il est nécessaire de prévoir un moyen d'injection WO 94121957 PC'TIFR94/00317 de l'air dans le ballon afin de compenser la dissolution de l'air dans le liquide à l'intérieur du ballon.
Jusqu'à présent, la détection du dépassement des niveaux seuil du liquide dans un ballon sans vessie est généralement obtenue à l'aide de contacts électriques montés sur la paroi latérale du ballon à travers une fenêtre pratiquée sur ladite paroi. Cette solution présente des inconvénients sur le plan pratique, notamment le problème de dépôt d'impuretés suz~ les contacts électriques dont le fonctionnement peut en être altéré et des difficultés voire impossibilités pour la modification des réglages.
Par ailleurs, un problème supplémentaire existe lorsque l'injection d'air dans le réservoir hydropneumatique est effectuée via la canalisation d'eau. En effet, la quantité d'air introduite dans le réservoir via la canalisation n'est pas totale, car une partie de l'air injecté dans la canalisation en amont du réservoir est véhiculée directement par la canalisation en aval du réservoir sans entrer dans le réservoir. Il en résulte une moindre efficacité du système, difficile d'ailleurs à déterminer, et la présence d'air dans la canalisation en aval du réservoir peut poser de sérieux problèmes sur le plan hydraulique.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités en proposant un système de régulation d'air pour réservoir hydropneumatique qui permet d'introduire un volume d'air correspondant précisément au complément nécessaire au réservoir.
L'invention a également pour objet un système de régulation d'air permettant de fournir un volume d'air constant à chaque cycle de remplissage et de vidange du systëme.
L'invention a en outre pour objet un système de régulation d'air dont le moyen d'admission d'air est protégé contre la détérioration ou le colmatage au contact du liquide.
L'invention a encore pour objet un système de régulation d'air qui fournit au réservoir hydropneumatique de l'air compatible avec le liquide véhiculé dans la canalisation hydraulique permettant d'éviter la pollution du liquide par l'air introduit.
Le système de régulation d'air pour un réservoir hydropneumatique d'une canalisation hydraulique selon l'invention, .: _4_ 2159097 comprend une chambre, un moyen de remplissage d'eau de la chambre, un moyen de vidange d'eau de la chambre, un moyen d'introduction automatique d'air dans la chambre pendant la vidange, et un moyen d'injection automatique de l'air de la chambre vers le réservoir pendant le remplissage. Selon l'invention, le système comprend en outre un moyen de commande relié à au moins un détecteur de dépassement d'un niveau seuil du liquide contenu dans le réservoir, et aux moyens de remplissage et de vidange d'eau de la chambre. Lorsque le détecteur fournit un signal correspondant à une insuffisance de volume d'air dans le réservoir, le moyen de commande déclenche au moins un cycle de remplissage/vidange de la chambre jusqu'à ce que le détecteur indique que le volume d'air dans le réservoir est redevenu suffisant.
Grâce à l'invention, on peut maîtriser avec précision le problème de dissolution de l'air au contact de l'eau dans le réservoir de régulation.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on peut équiper le sommet de la chambre d'un détecteur de niveau du liquide, relié au moyen de commande pour indiquer la fin du remplissage de la chambre . Le moyen de commande peut alors déclencher la phase de vidange de la chambre à ce moment précis. De même, on peut équiper le fond inférieur de la chambre d'un détecteur de niveau du liquide relié au moyen de commande, pour indiquer la fin de la vidange pour permettre au moyen de commande de déclencher la phase de remplissage de la chambre. Ainsi, le volume d'air injecté dans le réservoir est constant pour chaque cycle de remplissage/vidange de la chambre du système et, surtout, les phases remplissage/vidange de la chambre peuvent se succéder sans temps mort tant que le manque d'air persiste.
Avantageusement, la chambre du système de régulation d'air comporte un tube sensiblement vertical dont l'extrémité inférieure débouche dans la paroi ~..,~,..
_5- 215~~~~
supérieure de la chambre, l'extrémité supérieure du tube étant pourvue d'une électro-vanne pour l'admission de l'air dans la chambre. Le tube vertical joue le rôle d'une chambre de compression entre l'électro-vanne d'admission de l'air et la surface du liquide dans la chambre empêchant le liquide d'atteindre l'électro vanne d'admission de l'air, ce qui permet de protéger l'électro-vanne contre une détérioration possible au contact du liquide, surtout dans le cas des eaux usées ou des liquides chimiques.
De préférence, l'électro-vanne d'admission de l'air du système est connectée à une extrémité d'une conduite, l'autre extrémité de la conduite étant placée au voisinage immédiat de la surface de l'eau à pomper, de façon à ce que l'air injecté par le système dans le réservoir soit compatible avec l'eau véhiculée par la canalisation. Ce point est particulièrement important pour une canalisation d'alimentation en eau potable afin d'éviter tout risque de pollution de l'eau par l'air injecté. En effet, l'air atmosphérique au voisinage de l'électro-vanne d'admission de l'air peut contenir des particules nocives qui peuvent détériorer la qualité de l'eau.
Avantageusement, le réservoir hydropneuma tique comprend en outre une barre creuse rendue solidaire du réservoir et plongée verticalement vers le bas dans le réservoir. L'extrémité inférieure de la barre creuse est fermée de façon à former une cavité
longitudinale isolée de l'intérieur du réservoir par la paroi de la barre creuse. Dans la cavité de la barre est ( sont ) logé ( s ) le ( s ) détecteur ( s ) de dépassement de niveau seuil.
De préférence, la hauteur du ou des détecteurs) dans la barre creuse peut être réglée de façon à permettre la modification des niveaux seuil du liquide dans le corps creux du réservoir selon besoin.
Le (s) détecteur (s) peu (ven) t être du type capacitif ou -5a- 2159097 équivalent qui fourni(ssen)t des signaux différents lorsqu'il y a présence ou absence du liquide à leur hauteur.
Grâce à l'invention, on supprime les problèmes de résistance à la pression, d'étanchéité et de dépôt d'impuretés connus pour les moyens de détection classiques et on peut adapter facilement le réservoir pour réguler la pression du liquide à des plages différentes selon les besoins liés à la nature de la canalisation et à son nouveau régime hydraulique souhaité. De plus, on peut choisir des barres creuses de faible diamètre résistantes aux fortes pressions.
Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le système comprend un piège à air associé au réservoir hydropneumatique dans
2 , PCT/FR94/00317 le cas où l'air est injecté dans le réservoir par l'intermédiaire de la canalisation. Le piège à air permet de supprimer les départs d'air dans la canalisation en aval du réservoir, ce qui supprime les problêmes qui peuvent en résulter et rend une efficacité totale au système.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à fa description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels les figures lA, 1B montrent schématiquement le fonctionnement du système de l'invention, les figures 2 et 3 représentent deux variantes du système par rapport au mode illustré sur les figures lA et 1B, la figure 4 est une variante du système pour le cas d'une pompe immergée sans clapet de retenue associé à la pompe, la figure 5 illustre une autre variante du système de l'invention avec la chambre séparée de la canalisation, la figure 6 est un schéma montrant un réservoir hydropneumatique de l'invention avec les détecteurs de niveau seuil immergés dans le liquide, la figure 7 est un schéma montrant un réservoir hydropneumatique selon l'invention avec un tube creux pour les détecteurs de niveau seuil, la figure 8 est un schêma montrant une variante de réalisation de l'invention, la figure 9 est un schéma montrant une autre variante de réalisation de l'invention, la figure 10 est un schéma montrant une autre variante de réalisation de l'invention, la figure 11 est une vue en coupe selon XI-XI de la figure 10, la figure 12 est un schéma montrant une autre variante de réalisation de l'invention, la figure 13 est une vue en coupe selon XIII-XIII de la figure 12, la figure 14 est un schéma montrant un piège à air selon l'invention, la figure 15 est un schéma montrant un autre piège à air selon
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à fa description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels les figures lA, 1B montrent schématiquement le fonctionnement du système de l'invention, les figures 2 et 3 représentent deux variantes du système par rapport au mode illustré sur les figures lA et 1B, la figure 4 est une variante du système pour le cas d'une pompe immergée sans clapet de retenue associé à la pompe, la figure 5 illustre une autre variante du système de l'invention avec la chambre séparée de la canalisation, la figure 6 est un schéma montrant un réservoir hydropneumatique de l'invention avec les détecteurs de niveau seuil immergés dans le liquide, la figure 7 est un schéma montrant un réservoir hydropneumatique selon l'invention avec un tube creux pour les détecteurs de niveau seuil, la figure 8 est un schêma montrant une variante de réalisation de l'invention, la figure 9 est un schéma montrant une autre variante de réalisation de l'invention, la figure 10 est un schéma montrant une autre variante de réalisation de l'invention, la figure 11 est une vue en coupe selon XI-XI de la figure 10, la figure 12 est un schéma montrant une autre variante de réalisation de l'invention, la figure 13 est une vue en coupe selon XIII-XIII de la figure 12, la figure 14 est un schéma montrant un piège à air selon l'invention, la figure 15 est un schéma montrant un autre piège à air selon
3~ l'invention, et 2:59097 la figure 16 est un schéma montrant un dispositif de sécurité selon l'invention.
Comme montré sur les figures lA et 1B, le système de régulation d'air est destiné à un réservoir hydropneumatique 1 sous forme d'un ballon, sans vessie, dont la partie inférieure lb est connectée à une canalisation hydraulique 2. Le système comprend un dispositif d'injection d'air installé en amont du réservoir 1 dans la canalisation 2 et en aval d'une pompe d'alimentation 3 immergée ou non dans une retenue d'eau 4 qui peut être un puits, un forage ou une bâche. Un clapet de retenue 5 est associé à la pompe d'alimentation 3. Il s'agit du clapet de pied de cette pompe ou d'un clapet installé en aval et qui évite tout retour d'eau. Le clapet 5 peut ne pas être prévu, notamment si un détecteur de niveau d'eau 26 mentionné ci-après est installé.
Le dispositif d'injection d'air comprend une chambre 6 formée par un tronçon de canalisation 2, le tronçon 6 étant délimité dans le sens de l'écoulement normal 7 de l'eau dans la canalisation 2, d'une part à
son extrémité aval par un clapet anti-retour 8 monté sur la canalisation 2 en amont du réservoir 1, et d'autre part à son extrémité amont par un niveau d'eau 9 défini par une électro-vanne d'évacuation d'eau 10.
L'extrémité amont du tronçon formant chambre 6 est à une cote inférieure à l'extrémité aval du tronçon. Une conduite 11 relie la canalisation 2 en aval du clapet anti-retour 8 au tronçon 6 afin de permettre le remplissage de la chambre 6 en eau. Une électro-vanne 12 est installée sur la conduite 11 pour contrôler le remplissage de la chambre 6 en eau par la conduite 11. L'électro-vanne d'évacuation 10 constitue un moyen de vidange de la chambre 6, l'eau évacuée étant éventuellement collectée dans un réservoir de rejet 13.
Le dispositif d"injection d'air comprend en outre une électro-vanne d'admission d'air 14 reliée d'une part à la chambre 6 par l'intermédiaire d'un tube vertical 15 débouchant dans la paroi supérieure au sommet de la chambre 6, et d'autre pan à une conduite 16 qui prélève de l'air au voisinage de la surface d'eau 17 de la retenue d'eau 4. Ainsi, l'air introduit dans la chambre 6 via la conduite 16, l'électro-vanne d'admission 14 et le tube vertical 15 est compatible avec l'eau véhiculée dans la canalisation ? (notamment exempt de pollution). La paroi supérieure de la chambre 6 communique avec la partie inférieure lb du réservoir hydropneumatique 1 via une conduite 18 équipée d'un clapet asti-retour 19.
Le principe d'injection d'air dans le réservoir 1 est relativement simple. La pompe d'alimentation 3 s'arrête, le clapet associé 5 empêchant l'eau contenue dans la canalisation 2 en aval de la pompe 3 de s'échapper par cette dernière. S'il y a manque d'air dans le réservoir l, l'électro-vanne d'évacuation 10 s'ouvre pour faire la vidange de la chambre 6 jusqu'à ce que le niveau de vidange 9 soit atteint. En même temps que l'ouverture de l'électro-vanne d'évacuation 10, on ouvre l'électro-vanne d'admission d'air 14 dans la chambre 6. Le clapet anti-retour 8 empêche l'eau en aval contenue dans la canalisation 2 de passer dans la chambre 6. Il en est de même pour le clapet anti-retour 19 qui empêche l'eau du réservoir 1 de pénétrer dans la chambre 6.
Pendant la vidange, l'électro-vanne 12 de remplissage reste fermée.
En fin de vidange, la chambre 6 est remplie d'air comme illustré
sur la figure lA. On ferme alors les électro-vannes d'évacuation d'eau 10 et d'admission d'air 14 et on ouvre l'électro-vanne de remplissage 12. La conduite 11 permet alors d'alimenter la chambre 6 en eau contenue dans la canalisation 2 en aval du clapet anti-retour 8. L'air contenu dans la chambre 6 est chassé par la conduite 18 vers le réservoir 1 (figure 1B). Les bulles d'air 20 ainsi créées dans l'eau contenue dans le réservoir 1 remontent jusqu'à la surface 21 qui représente la séparation entre l'eau et l'air dans le réservoir 1. L'air ainsi introduit dans le réservoir 1 contribue donc à l'augmentation du volume d'air du réservoir. A la fin de la phase de remplissage de la chambre 6, si le volume d'air introduit n'est pas suffisant, le cycle de vidange et de remplissage de la chambre 6 recommence.
Selon l'invention, le système de régulation d'air comprend un moyen de commande 22 qui est relié à au moins un détecteur 23 via une liaison 24 pour indiquer le dépassement d'un niveau seuil dans le réservoir 1 par la surface d'eau 21 pour un état donné (arrêt de pompe par exemple). Le moyen de commande ?2 est relié également aux électro-vannes d'évacuation d'eau 10, de remplissage d'eau 12 et d'admission d'air 14 afin de commander leurs ouvertures et fermetures pour le fonctionnement du cycle remplissage/vidange de la chambre 6 en fonction du signal émis par le détecteur 23.
Dans le cas illustré sur les figures 1 A et 1 B, le niveau d'eau 21 dans le réservoir 1 à l'arrêt de la pompe 3 est supérieur au niveau du détecteur 23 qui définit le niveau d'eau dans le réservoir 1 à l'arrêt de la pompe 3 pour un gonflage correct du réservoir 1. Cela signifie que le volume d'air contenu dans le réservoir 1 devient inférieur au volume normal nécessaire, à cause de la dissolution de l'air dans l'eau. Le détecteur 23 immergé dans l'eau émet alors un signal au moyen de commande 22 qui déclenche le cycle de vidange/remplissage de la chambre 6 du dispositif comme précédemment décrit. Lorsque le volume d'air apporté par le dispositif au réservoir 1 est suffisant pour compenser la perte du volume d'air dans le réservoir 1, le niveau d'eau 21 dans le réservoir atteint le niveau du détecteur 23 qui n'est plus immergé dans l'eau. Le signal correspondant émis par le détecteur 23 au moyen de commande 22 perniet à ce dernier d'arrêter le cycle de remplissage/vidange du dispositif. Lorsque la pompe d'alimentation 3 démarre pour alimenter la canalisation 2, les électro-vannes d'évacuation d'eau 10, de remplissage d'eau 12 et d'admission d'air 14 sont et demeurent fermées.
Afin d'augmenter la précision du volume d'air introduit dans le réservoir 1 à chaque cycle de remplissage/vidange de la chambre 6 du dispositif mais surtout pour que les phases remplissage/vidange de la chambre 6 se succèdent sans temps mon tant que le manque d'air persiste, on peut éventuellement équiper la chambre 6 d'un détecteur supérieur 25 au sommet de la chambre dans le tube vertical 15 et d'un détecteur inférieur 26 pour indiquer le niveau de vidange 9 de la chambre 6. Les détecteurs de niveau peuvent être de simples contacts électriques qui émettent des signaux différents en présence et en absence de l'eau à leur niveau et qui sont reliés au moyen de commande 22.
La figure 2 montre une variante du système qui diffère du mode précédemment décrït par son mode de remplissage de la chambre 6 et d'injection de l'air dans le réservoir 1. Selon ce mode de réalisation en effet, le remplissage de la chambre 6 s'effectue directement au moyen 21909'? ,o de la pompe 3. L'air contenu dans la chambre 6 est injecté à travers le clapet anti-retour 8 dans la canalisation 2 en aval du clapet 8, la canalisation 2 véhiculant le volume d'air injecté jusque dans le réservoir 1.
La chambre 6 est formée par un tronçon de canalisation 2 qui fait un coude. La partie verticale du tronçon coudé fait partie de la conduite de refoulement de pompage de la canalisation 2. Le tube vertical 15 reliant l'électro-vanne d'admission d'air 14 et le sommet de la chambre 6 forme une chambre de compression qui emprisonne de l'air interdisant à l'eau véhiculée dans la chambre 6 d'entrer en contact avec l'électro-vanne d'admission 14. Selon ce mode de réalisation, chaque remplissage de la chambre 6 nécessite un démarrage de la pompe associée 3.
Le mode illustré sur la figure 3 est sensiblement identique au mode illustré à la figure 2 sauf en ce qui concerne la forme de la chambre 6 du système. Au lieu d'avoir un tronçon coudé, la chambre 6 peut tout simplement être constituée par un tronçon incliné de la canalisation 2.
La figure 4 montre un mode de réalisation simplifié du système de l'invention. On supprime le clapet de retenue 5 associé à la pompe 3.
Dans ce cas, l'arrêt de la pompe 3 et l'ouverture de l'électro-vanne d'admission d'air 14 ramènent le niveau d'eau 9 dans la canalisation au même niveau que la surface 17 de l'eau pompée. Par rapport au mode de réalisation illustré sur la figure 2, on n'a plus besoin de prévoir une électro-vanne d'évacuation 10 ni un détecteur inférieur de niveau 26 puisqu'à coup sûr, le niveau de vidange 9 coïncide avec la surface 17 de l'eau de pompage. Le remplissage de la chambre 6 est effectué au moyen de la pompe 3 et l'air admis par l'électro-vanne 14 (qui est maintenant fermée) dans la chambre 6 est chassé dans le réservoir 1 par l'intermédiaire du clapet anti-retour 8 et d'une partie de canalisation 2 en amont du réservoir 1. La vidange de la chambre 6 s'effectue par l'arrêt de la pompe 3 et l'ouverture de l'électro-vanne d'admission d'air 14 mais seulement, comme précédemment, s'il y a manque d'air dans le réservoir 1.
Dans le cas des ouvrages profonds, la hauteur de la canalisation 2 WO 94/21957 ~ ~ . ~ ~ pCT~FR94~00317 ainsi vidangée peut être trop importante pour injecter un volume d'air correct au réservoir 1. Il suffit alors de fermer l'électro-vanne 14 d'admission d'air, soit au bout d'un temps prédéterminé après l'arrêt de la pompe 3, soit au dépassement par le niveau d'eau du détecteur inférieur 26 placé à une hauteur prédéterminée de la canalisation 2. Le niveau de vidange 9' est alors supérieur à la surface 17 d'eau de pompage.
On peut ainsi régler le volume de la chambre 6 du dispositif.
Au lieu de prendre un tronçon de la canalisation 2 comme chambre pour le dispositif d'injection d'air, il est possible de prévoir une chambre 6 séparée de la canalisation 2 comme le montre la figure S. Il est ainsi possible de faire fonctionner le dispositif de l'invention indépendamment de l'état de fonctionnement de la pompe 3 associée â
la canalisation 2 (figure lA), alors que dans le cas où la chambre 6 fait partie intégrante de la canalisation 2, le dispositif ne peut fonctionner qu'en relation avec la pompe 3. Le fonctionnement du dispositif selon la figure S est comparable à celui illustré sur les figures lA et 1B.
Selon la figure 5, la chambre 6 est réalisée sous forme d'un ballon dont la paroi supérieure communique avec le tube vertical 15 d'admission d'air et le tube d'injection d'air 18 vers le réservoir 1 via le clapet anti-retour 19. Le remplissage et la vidange de la chambre 6 s'effectuent au moyen d'une électro-vanne 27 à deux voies, la première 27a est reliée à la conduite de remplissage 11 et la seconde 27b reliée à la conduite d'évacuation 28. L'électro-vanne 27 communique avec l'intérieur de la chambre 6 via un tube vertical 29 traversant le fond du ballon formant chambre 6 et dont l'extrémité supérieure peut dépasser le fond de la chambre d'une hauteur h. On conçoit bien que le niveau de vidange 9 de la chambre 6 est défini par la hauteur de l'extrémité
supérieure du tube vertical 29. I1 est donc possible de régler le volume utile de la chambre pour l'injection d'air en faisant varier la hauteur h du tube vertical 29. Avantageusement, on peut prévoir un détecteur supérieur 25 dans le tube vertical 15 d'admission d'air et un détecteur inférieur 26 au niveau rendu solidaire de l'extrémité supérieure du tube vertical 29 de communication. La conduite 18 d'injection de l'air peut être reliée directement au réservoir ou à la canalisation 2 en amont du réservoir.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention illustré sur la figure 6, le système de régulation comprend un réservoir 1 cylindrique vertical ou horizontal dont les extrémités sont légèrement S bombées (ballon), un compresseur d'air 30 et des contacts électriques 23a, 23b en supposant qu'il s'agit d'un réservoir hydrophore (ou de régulation) pour un pompage à la demande (ou surpression) avec une seule pompe par exemple débitant dans la canalisation 2. Toutefois, ce qui est précisé ci-après peut être généralisé, moyennant des modifications mineures, aux réservoirs hydrophores équipant des installations comportant plusieurs pompes et aux réservoirs anti-bélier.
Le compresseur d'air 30 communique avec l'intérieur du ballon 1 via une conduite d'air 18 débouchant dans la paroi supérieure la du ballon 1.
Les détecteurs supérieur 23a et inférieur 23b fixent les niveaux de seuil haut et de seuil bas prédéterminés pour le liquide dans le ballon 1 en vue de réguler l'écoulement du liquide dans la canalisation 2. Les niveaux de seuil haut et de seuil bas dans le ballon 1 correspondent à
des pressions limites supérieure et inférieure définies pour l'écoulement du fluide dans la canalisation 2. Les détecteurs 23a et 23b sont reliés d'une part au compresseur d'air 30 via une liaison 31 et d'autre part via une liaison 32 à une ou plusieurs pompes non représentées qui alimentent la canalisation 2 en liquide.
En fonctionnement normal du système de régulation, le ballon 1 est en partie rempli par le liquide qui s'écoule dans la canalisation 2.
Le niveau 21 du liquide dans le ballon devrait se trouver entre les niveaux seuil haut et seuil bas déterminés par les détecteurs 23a et 23b. Lorsque le niveau 21 devient supérieur à la hauteur du détecteur 23a, ce qui correspond à une pression du liquide qui dépasse la pression supérieure déterminée du réseau, le détecteur 23a émet un signal au moyen de commande 22 qui arrête le pompage alimentant la canalisation 2. La continuité de la fourniture du liquide sous pression est alors assurée par le liquide contenu dans le ballon 1 qui alimente via sa partie inférieure 1 b la canalisation 2. Le ballon 1 se vidange WO 94/Z1957 ~ 1 ~ ~ ~ PCT/FR94/00317 donc et lorsque le niveau du liquide 21 devient inférieur â la hauteur du détecteur inférieur 23b, ce qui signifie que la pression du liquide dans la canalisation 2 devient inférieure à la limite inférieure autorisée, le détecteur 23b envoie un signal au moyen de commande 22 qui délivre un signal de démarrage via la liaison 32 pour mettre en marche la pompe. .Alors, de nouveau, la pression dans la canalisation 2 augmente et le niveau du liquide 21 dans le ballon 1 augmente. De cette façon, on peut réguler la pression du liquide dans la canalisation 2.
Le fonctionnement du système de régulation comme ce qui vient d'être décrit nécessite que la ballon 1 soit correctement gonflé, non seulement pour son gonflage initial, mais également pour compenser une diminution du volume d'air à l'intérieur du ballon 1 due à la dissolution de l'air dans le liquide.
1 S Le gonflage ïnitial du ballon détermine les pressions limites supérieure et inférieure du réseau correspondant à la hauteur des détecteurs 23a et 23b du ballon. Un mauvais gonflage initial du ballon entraînerait donc un décalage de la plage des pressions admises soit vers des valeurs supérieures soit vers des valeurs inférieures, ce qui pourrait être néfaste pour la canalisation 2 et éventuellement pour les usagers.
Parrtant d'un bon gonflage du ballon, lorsque la pompe s'arrête (est à l'arrêt pour un réservoir anti-bélier), si le niveau 21 du liquide est supérieur au niveau seuil supérieur indiqué par le détecteur 23a, cela signifie que le gonflage du ballon 1 est devenu insuffisant. Le détecteur 23a immergé dans le liquide envoie un signal au compresseur d'air 30 via le moyen de commande 22 et la liaison 31. Le compresseur d'air 30 démarre et envoie de l'air comprimé dans le ballon via la conduite 18 jusqu'à ce que le niveau 21 du liquide atteigne le niveau du détecteur 23a, lequel émet alors un signal d'arrêt au compresseur d'air 30 via le moyen de commande 22 et la liaison 31. Le gonflage du ballon est rétabli correctement.
Le système de régulation décrit précédemment présente les détecteurs 23a et 23b fixés à la paroi intérieure du ballon 1 et exposés au liquide qui peut contenir des impuretés. Le dépôt d'impuretés sur ~1~~D9~
les détecteurs 23a et 23b peut détériorer leur fonctionnement à long terme. De plus, la fixation des détecteurs 23a et 23b nécessite l'ouverture de fenêtres à travers la paroi latérale du ballon 1 et il n'y a pas de possibilité de modifications aisées de la position de ces détecteurs, donc des réglages.
La figure 7 illustre un système de régulation de l'invention dans un mode de fonctionnement comparable au système décrit précédemment et illustré sur la figure 6. Le système de régulation comprend une barre creuse 33 plongée verticalement à l'intérieur du ballon 1 à partir de sa partie supérieure la. L'extrémité inférieure 33a de la barre creuse 33 est fermée afin d'isoler complètement l'intérieur de la barre creuse 33 par rapport à l'intérieur du ballon 1. En prenant la même hypothèse que précédemment, c'est-à-dire un réservoir hydrophore et une seule pompe, deux détecteurs de niveau 23a et 23b sont disposés à l'intérieur de la barre creuse 33 avec une différence de hauteur prédéterminée définissant des niveaux seuil haut et seuil bas du liquide dans le ballon 1.
De préférence, la barre creuse 33 est réalisée sous forme tubulaire et montée coaxialement au ballon 1. Le tube central 33 est réalisé à
partir d'une matière non métallique pour permettre l'installation des détecteurs 23a, 23b de type capacitif ou équivalent. Le tube central 33 peut également être métallique si des détecteurs autres que de type capacitif et pouvant agir au travers de parois métalliques sont utilisés.
Avantageusement, les capteurs 23a et 23b peuvent être réglés en hauteur à l'intérieur du tube central 33 afin d'adapter le ballon 1 aux exigences en pression de la canalisation 2. Pour rendre les capteurs 23a et 23b réglables en hauteur, on peut utiliser des tringles plongées dans le tube 33 et sur lesquelles sont montés les détecteurs. On peut également envisager des butées à des hauteurs déterminées dans le tube pour caler les détecteurs. Les détecteurs 23a et 23b sont protégés par la paroi du tube central 33 contre des dépôts d'impuretés véhiculées par le liquide.
Le ballon 1 peut comporter une soupape 34 à sa paroi supérieure 1 a qui permet d'évacuer de l'air de l'intérieur du ballon 1 vers l'extérieur, cela dans le but d'éviter une surpression non souhaitable à
WO 94/21957 215 g p g 7 PCT/FR94100317 l'intérieur du ballon 1. Cela peut être le cas par exemple si le liquide dégage un mélange gazeux, par exemple de l'air, dans le ballon.
Le fonctionnement du systême illustré sur la figure 7 pour la régulation en pression de la canalisation est identique au 5 fonctionnement du système de la figure 6 et ne sera pas davantage décrit.
Bien entendu comme indiqué précédemment, le nombre de détecteurs de niveau utilisés pour le réservoir peut varier selon besoin.
Par exemple dans le cas oû le réservoir est utilisé comme un ballon 10 anti-bélier, on peut se contenter d'un seul détecteur de niveau, tel que le détecteur de niveau seuil haut 23a à l'intérieur du tube central 33.
Le déclenchement du compresseur d'air 30 par le détecteur 23a en cas d'insuffisance de volume d'air dans le ballon 1 est réalisé selon le même principe que ci-dessus.
15 Pour les autres modes de réalisation de l'invention qui sont illustrés sur les figures 8 à 13, le système peut fonctionner aussi bien pour la régulation en pression dans la canalisation 2 que pour éviter le coup de bélier dans la canalisation 2. De même, on peut prévoir une soupape 34 sur la paroi supérieure la du ballon 1 en cas de besoin.
Etant donné que les principes de fonctionnement des différents modes de réalisation de l'invention sont comparables l'un à l'autre, on se contentera de décrire leur différence.
Selon le mode illustré sur la figure 8, la partie inférieure 1 b du ballon 1 est pourvue d'une vanne 35 étanche à l'air qui contrôle la communication entre le ballon 1 et la canalisation 2. Une conduite d'évacuation 36 est prévue entre la partie inférieure lb du ballon et la vanne 35. La conduite d'évacuation 36 est reliée à un robinet de vidange 37. Un tel équipement facilite le gonflage initial du ballon 1, soit à la mise en service du réservoir, soit après un arrêt prolongé de l'installation (en irrigation par exemple). Pour ce faire, on ferme la vanne 35 et on ouvre le robinet de vidange 37. Lorsque le ballon 1 est vidé, on ferme le robinet de vidange 37 et on gonfle le ballon 1, grâce à la conduite 18, débouchant dans sa partie supérieure la, avec de l'air comprimé provenant du compresseur d'air 30 ou d'une bouteille à air comprimé, jusqu'à la pression désirée correspondant au gonflage correct du ballon. On arrête ensuite l'injection de l'air et on ouvre la vanne 35 pour rétablir la communication entre le ballon 1 et la canalisation 2.
L'équipement qui vient d'être décrit peut être utilisé pour les autres modes de réalisation décrits et illustrés. Il suffit de prévoir un orifice à la partie supérieure du réservoir pour permettre le gonflage initial du réservoir à l'aide d'une bouteille à air comprimé.
Le réservoir selon la figure 9 differe de celui illustré sur la figure 7 en la conception du moyen d'injection de l'air dans le ballon 1. Au lieu d'avoir un compresseur d'air 30 qui risque d'introduire des gouttelettes ou vapeurs d'huile dans l'air injecté au ballon 1, on utilise un dispositif d'injection d'air 38 qui est relié d'une part à la canalisation 2 via une conduite 39 et d'autre part soit à la partie inférieure du ballon 1 soit à la canalisation 2 en amont du ballon 1 via une conduite 18 pourvue d'un clapet asti-retour 19. Le dispositif 38 permet d'introduire de l'air dans le ballon 1 grâce à des cycles de vidange et de remplissage d'un réservoir auxiliaire ou chambre 6 du dispositif. Le remplissage du réservoir auxiliaire 6 par le liquide chasse l'air à la partie supérieure du réservoir auxiliaire du dispositif dans le ballon 1 via la conduite de liaison 18, le clapet anti-retour 19 interdisant le retour de l'air et du liquide dans le réservoir auxiliaire 6.
Comme illustré sur la figure 10, le système de régulation comprend un dispositif d'injection d'air 40 qui est intégré à la canalisation 2 en amont du ballon 1 afin d'injecter l'air, en cas de besoin, dans le ballon 1 via la canalisation 2. Quelques modes de réalisation du dispositif d'injection d'air 40 ont déjà été décrits précédemment et illustrés sur les figures 1 à 4.
A la partie inférieure lb du ballon 1, la canalisation 2 présente une entrée 41 et une sortie 42 pour le liquide dans le ballon 1. L'entrée 41 peut être prolongée verticalement vers le haut par une conduite 43 faisant saillie à l'intérieur du ballon 1. Le but d'un tel prolongement 43 est de créer un piège à air injecté dans le liquide par le dispositif d'injection d'air 40. L'air véhiculé par le liquide introduit dans le ballon 1 par l'intermédiaire de l'entrée 41 remonte dans le ballon 1 jusqu'à la surface de séparation 21 entre l'air et le liquide contenus dans le ballon 1 ou aboutit directement dans la zone d'air si cette WO 94/21957 ~ PCT/FR94/00317 surface 21 est située en-dessous du sommet de la conduite 43. Cette configuration évite donc toute perte de volume utile dans le ballon 1.
La figure 12 montre une variante de réalisation du piège à air constitué par l'entrée 41, le prolongement vertical éventuel 43 et la sortie 42 du liquide à la partie inférieure lb du ballon 1. La différence de structure du piège à air entre les modes illustrés sur les figures 10 et 12 est mieux illustrée par les figures 11 et 13.
Afin de ne pas créer de perte de charge dans la canalisation 2, il est préférable d'avoir la même section transversale pour l'entrée 41 que pour la canalisation 2 immédiatement en amont du ballon 1. Il en est de même pour la section, droite de la sortie 42 située au fond du ballon 1 par rapport à la section de la canalisation 2 immédiatement en aval du ballon 1. Tel qu'illustré sur la figure 11, l'entrée 41 et la sonie 42 sont constituées par deux compartiments d'une conduite tubulaire 44 séparée par une paroi centrale 45. La section de la cnnr~m;rP
tubulaire 44 correspond avantageusement à la somme des sections de la canalisation 2 immédiatement en amont et en aval du ballon 1.
Selon la figure 13, les entrée 41 et sortie 42 sont indépendantes l'une de l'autre et sont constituées par un simple coude de la canalisation 2 débouchant dans la partie inférieure lb du ballon 1.
Bien entendu, la conception d'un piège à air n'est utilisée que pour le cas où l'injectïon de l'air dans le ballon 1 est réalisée par l'intermédiaire de la canalisation 2. A part les structures illustrées sur les figures 10 à 13, le piège à air peut prendre des formes diverses, il suffit en effet que l'air introduit dans le ballon 1 par l'entrée 41 ne puisse pas s'échapper avec le liquide à la sortie 42.
D'une manière générale, pour réaliser un piégeage d'air dans le ballon 1, l'entrée 41 avec éventuellement son prolongement 43 doit être située à un niveau au dessus de la sonie 42.
Les figures 14 et 15 montrent deux autres modes de réalisation du piège à air. Selon la figure 14, l'entrée 41 débouche dans la paroi latérale du ballon 1 au dessus du fond du ballon, et la sonie 42 débouche au fond du ballon. Ce mode est adapté notamment en eaux usées, car des filasses ou autres corps longs véhiculés par le liquide dans la canalisation 2 risquent de s'enrouler autour du prolongement 43 de l'entrée 41 illustré sur les figures 10 à 13.
Les pièges à air précédemment décrits nécessitent que toute l'eau pompée transite dans le ballon. Dans le cas des eaux usées, ils risquent d'entraîner des dépôts au fond du ballon, car toutes les matières transportées dans les eaux usées passent par le ballon 1. Le problème S peut être résolu par le mode illustré sur la figure 15. La canalisation 2 présente une partie 2a à trois ouvertures et située immédiatement en dessous du ballon 1. L'ouverture supérieure de la partie 2a débouche dans la partie inférieure 1 b du ballon 1. Le liquide arrive par l'ouverture intermédiaire de la partie 2a et sort par l'ouverture inférieure de cette partie de canalisation. Les ouvertures intermédiaire et inférieure sont reliées par un tronçon de conduite vertical ou incliné
d'un angle 8 au moins égal à 45° par rapport à l'horizontale.
Le piège à air selon la figure 15 permet donc de limiter la quantité
des matières transportées par les eaux usées qui transitent par le ballon 1.
Afin d'empêcher la vidange accidentelle totale du ballon 1 et la fuite d'air depuis le ballon vers la canalisation 2, on peut prévoir un dispositif de sécurité à la partie inférieure lb du ballon à la sortie 42 du liquide.
Comme illustré sur la figure 16, le dispositif de sécurité comprend un flotteur 46 en matériau léger, tel qu'une mousse ou une matière plastique, une membrane souple 47 et des suspentes souples 48. La membrane souple 47 est fixée au flotteur 46 par les suspentes souples 48. La partie inférieure lb du ballon présente une ouverture lc obturée par une plaque horizontale 49 fixée au ballon 1 au moyen de boulons.
La plaque 49 présente une ouverture communiquant avec la sonie 42 pour le liquide, sur cette ouverture étant prévu une grille 50.
Le flotteur 46 sur lequel agit la poussée d'Archimède du liquide maintient incurvée vers le haut la membrane souple 47 fixée au centre de la grille 50. L'eau peut donc passer par la sortie 42. Lorsque le niveau d'eau baisse exagérément dans le ballon 1, le flotteur 46 s'abaisse et la membrane 47 s'applique sur la grille 50 et sur la plaque 49, ce qui empêche la vidange complète du ballon 1. Sur la face inférieure du flotteur 46 peuvent être prévus des ergots 51 permettant à la pression du liquide de s'exercer uniformément sur la membrane 47 même lorsque le flotteur 46 est en contact avec elle.
Comme montré sur les figures lA et 1B, le système de régulation d'air est destiné à un réservoir hydropneumatique 1 sous forme d'un ballon, sans vessie, dont la partie inférieure lb est connectée à une canalisation hydraulique 2. Le système comprend un dispositif d'injection d'air installé en amont du réservoir 1 dans la canalisation 2 et en aval d'une pompe d'alimentation 3 immergée ou non dans une retenue d'eau 4 qui peut être un puits, un forage ou une bâche. Un clapet de retenue 5 est associé à la pompe d'alimentation 3. Il s'agit du clapet de pied de cette pompe ou d'un clapet installé en aval et qui évite tout retour d'eau. Le clapet 5 peut ne pas être prévu, notamment si un détecteur de niveau d'eau 26 mentionné ci-après est installé.
Le dispositif d'injection d'air comprend une chambre 6 formée par un tronçon de canalisation 2, le tronçon 6 étant délimité dans le sens de l'écoulement normal 7 de l'eau dans la canalisation 2, d'une part à
son extrémité aval par un clapet anti-retour 8 monté sur la canalisation 2 en amont du réservoir 1, et d'autre part à son extrémité amont par un niveau d'eau 9 défini par une électro-vanne d'évacuation d'eau 10.
L'extrémité amont du tronçon formant chambre 6 est à une cote inférieure à l'extrémité aval du tronçon. Une conduite 11 relie la canalisation 2 en aval du clapet anti-retour 8 au tronçon 6 afin de permettre le remplissage de la chambre 6 en eau. Une électro-vanne 12 est installée sur la conduite 11 pour contrôler le remplissage de la chambre 6 en eau par la conduite 11. L'électro-vanne d'évacuation 10 constitue un moyen de vidange de la chambre 6, l'eau évacuée étant éventuellement collectée dans un réservoir de rejet 13.
Le dispositif d"injection d'air comprend en outre une électro-vanne d'admission d'air 14 reliée d'une part à la chambre 6 par l'intermédiaire d'un tube vertical 15 débouchant dans la paroi supérieure au sommet de la chambre 6, et d'autre pan à une conduite 16 qui prélève de l'air au voisinage de la surface d'eau 17 de la retenue d'eau 4. Ainsi, l'air introduit dans la chambre 6 via la conduite 16, l'électro-vanne d'admission 14 et le tube vertical 15 est compatible avec l'eau véhiculée dans la canalisation ? (notamment exempt de pollution). La paroi supérieure de la chambre 6 communique avec la partie inférieure lb du réservoir hydropneumatique 1 via une conduite 18 équipée d'un clapet asti-retour 19.
Le principe d'injection d'air dans le réservoir 1 est relativement simple. La pompe d'alimentation 3 s'arrête, le clapet associé 5 empêchant l'eau contenue dans la canalisation 2 en aval de la pompe 3 de s'échapper par cette dernière. S'il y a manque d'air dans le réservoir l, l'électro-vanne d'évacuation 10 s'ouvre pour faire la vidange de la chambre 6 jusqu'à ce que le niveau de vidange 9 soit atteint. En même temps que l'ouverture de l'électro-vanne d'évacuation 10, on ouvre l'électro-vanne d'admission d'air 14 dans la chambre 6. Le clapet anti-retour 8 empêche l'eau en aval contenue dans la canalisation 2 de passer dans la chambre 6. Il en est de même pour le clapet anti-retour 19 qui empêche l'eau du réservoir 1 de pénétrer dans la chambre 6.
Pendant la vidange, l'électro-vanne 12 de remplissage reste fermée.
En fin de vidange, la chambre 6 est remplie d'air comme illustré
sur la figure lA. On ferme alors les électro-vannes d'évacuation d'eau 10 et d'admission d'air 14 et on ouvre l'électro-vanne de remplissage 12. La conduite 11 permet alors d'alimenter la chambre 6 en eau contenue dans la canalisation 2 en aval du clapet anti-retour 8. L'air contenu dans la chambre 6 est chassé par la conduite 18 vers le réservoir 1 (figure 1B). Les bulles d'air 20 ainsi créées dans l'eau contenue dans le réservoir 1 remontent jusqu'à la surface 21 qui représente la séparation entre l'eau et l'air dans le réservoir 1. L'air ainsi introduit dans le réservoir 1 contribue donc à l'augmentation du volume d'air du réservoir. A la fin de la phase de remplissage de la chambre 6, si le volume d'air introduit n'est pas suffisant, le cycle de vidange et de remplissage de la chambre 6 recommence.
Selon l'invention, le système de régulation d'air comprend un moyen de commande 22 qui est relié à au moins un détecteur 23 via une liaison 24 pour indiquer le dépassement d'un niveau seuil dans le réservoir 1 par la surface d'eau 21 pour un état donné (arrêt de pompe par exemple). Le moyen de commande ?2 est relié également aux électro-vannes d'évacuation d'eau 10, de remplissage d'eau 12 et d'admission d'air 14 afin de commander leurs ouvertures et fermetures pour le fonctionnement du cycle remplissage/vidange de la chambre 6 en fonction du signal émis par le détecteur 23.
Dans le cas illustré sur les figures 1 A et 1 B, le niveau d'eau 21 dans le réservoir 1 à l'arrêt de la pompe 3 est supérieur au niveau du détecteur 23 qui définit le niveau d'eau dans le réservoir 1 à l'arrêt de la pompe 3 pour un gonflage correct du réservoir 1. Cela signifie que le volume d'air contenu dans le réservoir 1 devient inférieur au volume normal nécessaire, à cause de la dissolution de l'air dans l'eau. Le détecteur 23 immergé dans l'eau émet alors un signal au moyen de commande 22 qui déclenche le cycle de vidange/remplissage de la chambre 6 du dispositif comme précédemment décrit. Lorsque le volume d'air apporté par le dispositif au réservoir 1 est suffisant pour compenser la perte du volume d'air dans le réservoir 1, le niveau d'eau 21 dans le réservoir atteint le niveau du détecteur 23 qui n'est plus immergé dans l'eau. Le signal correspondant émis par le détecteur 23 au moyen de commande 22 perniet à ce dernier d'arrêter le cycle de remplissage/vidange du dispositif. Lorsque la pompe d'alimentation 3 démarre pour alimenter la canalisation 2, les électro-vannes d'évacuation d'eau 10, de remplissage d'eau 12 et d'admission d'air 14 sont et demeurent fermées.
Afin d'augmenter la précision du volume d'air introduit dans le réservoir 1 à chaque cycle de remplissage/vidange de la chambre 6 du dispositif mais surtout pour que les phases remplissage/vidange de la chambre 6 se succèdent sans temps mon tant que le manque d'air persiste, on peut éventuellement équiper la chambre 6 d'un détecteur supérieur 25 au sommet de la chambre dans le tube vertical 15 et d'un détecteur inférieur 26 pour indiquer le niveau de vidange 9 de la chambre 6. Les détecteurs de niveau peuvent être de simples contacts électriques qui émettent des signaux différents en présence et en absence de l'eau à leur niveau et qui sont reliés au moyen de commande 22.
La figure 2 montre une variante du système qui diffère du mode précédemment décrït par son mode de remplissage de la chambre 6 et d'injection de l'air dans le réservoir 1. Selon ce mode de réalisation en effet, le remplissage de la chambre 6 s'effectue directement au moyen 21909'? ,o de la pompe 3. L'air contenu dans la chambre 6 est injecté à travers le clapet anti-retour 8 dans la canalisation 2 en aval du clapet 8, la canalisation 2 véhiculant le volume d'air injecté jusque dans le réservoir 1.
La chambre 6 est formée par un tronçon de canalisation 2 qui fait un coude. La partie verticale du tronçon coudé fait partie de la conduite de refoulement de pompage de la canalisation 2. Le tube vertical 15 reliant l'électro-vanne d'admission d'air 14 et le sommet de la chambre 6 forme une chambre de compression qui emprisonne de l'air interdisant à l'eau véhiculée dans la chambre 6 d'entrer en contact avec l'électro-vanne d'admission 14. Selon ce mode de réalisation, chaque remplissage de la chambre 6 nécessite un démarrage de la pompe associée 3.
Le mode illustré sur la figure 3 est sensiblement identique au mode illustré à la figure 2 sauf en ce qui concerne la forme de la chambre 6 du système. Au lieu d'avoir un tronçon coudé, la chambre 6 peut tout simplement être constituée par un tronçon incliné de la canalisation 2.
La figure 4 montre un mode de réalisation simplifié du système de l'invention. On supprime le clapet de retenue 5 associé à la pompe 3.
Dans ce cas, l'arrêt de la pompe 3 et l'ouverture de l'électro-vanne d'admission d'air 14 ramènent le niveau d'eau 9 dans la canalisation au même niveau que la surface 17 de l'eau pompée. Par rapport au mode de réalisation illustré sur la figure 2, on n'a plus besoin de prévoir une électro-vanne d'évacuation 10 ni un détecteur inférieur de niveau 26 puisqu'à coup sûr, le niveau de vidange 9 coïncide avec la surface 17 de l'eau de pompage. Le remplissage de la chambre 6 est effectué au moyen de la pompe 3 et l'air admis par l'électro-vanne 14 (qui est maintenant fermée) dans la chambre 6 est chassé dans le réservoir 1 par l'intermédiaire du clapet anti-retour 8 et d'une partie de canalisation 2 en amont du réservoir 1. La vidange de la chambre 6 s'effectue par l'arrêt de la pompe 3 et l'ouverture de l'électro-vanne d'admission d'air 14 mais seulement, comme précédemment, s'il y a manque d'air dans le réservoir 1.
Dans le cas des ouvrages profonds, la hauteur de la canalisation 2 WO 94/21957 ~ ~ . ~ ~ pCT~FR94~00317 ainsi vidangée peut être trop importante pour injecter un volume d'air correct au réservoir 1. Il suffit alors de fermer l'électro-vanne 14 d'admission d'air, soit au bout d'un temps prédéterminé après l'arrêt de la pompe 3, soit au dépassement par le niveau d'eau du détecteur inférieur 26 placé à une hauteur prédéterminée de la canalisation 2. Le niveau de vidange 9' est alors supérieur à la surface 17 d'eau de pompage.
On peut ainsi régler le volume de la chambre 6 du dispositif.
Au lieu de prendre un tronçon de la canalisation 2 comme chambre pour le dispositif d'injection d'air, il est possible de prévoir une chambre 6 séparée de la canalisation 2 comme le montre la figure S. Il est ainsi possible de faire fonctionner le dispositif de l'invention indépendamment de l'état de fonctionnement de la pompe 3 associée â
la canalisation 2 (figure lA), alors que dans le cas où la chambre 6 fait partie intégrante de la canalisation 2, le dispositif ne peut fonctionner qu'en relation avec la pompe 3. Le fonctionnement du dispositif selon la figure S est comparable à celui illustré sur les figures lA et 1B.
Selon la figure 5, la chambre 6 est réalisée sous forme d'un ballon dont la paroi supérieure communique avec le tube vertical 15 d'admission d'air et le tube d'injection d'air 18 vers le réservoir 1 via le clapet anti-retour 19. Le remplissage et la vidange de la chambre 6 s'effectuent au moyen d'une électro-vanne 27 à deux voies, la première 27a est reliée à la conduite de remplissage 11 et la seconde 27b reliée à la conduite d'évacuation 28. L'électro-vanne 27 communique avec l'intérieur de la chambre 6 via un tube vertical 29 traversant le fond du ballon formant chambre 6 et dont l'extrémité supérieure peut dépasser le fond de la chambre d'une hauteur h. On conçoit bien que le niveau de vidange 9 de la chambre 6 est défini par la hauteur de l'extrémité
supérieure du tube vertical 29. I1 est donc possible de régler le volume utile de la chambre pour l'injection d'air en faisant varier la hauteur h du tube vertical 29. Avantageusement, on peut prévoir un détecteur supérieur 25 dans le tube vertical 15 d'admission d'air et un détecteur inférieur 26 au niveau rendu solidaire de l'extrémité supérieure du tube vertical 29 de communication. La conduite 18 d'injection de l'air peut être reliée directement au réservoir ou à la canalisation 2 en amont du réservoir.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention illustré sur la figure 6, le système de régulation comprend un réservoir 1 cylindrique vertical ou horizontal dont les extrémités sont légèrement S bombées (ballon), un compresseur d'air 30 et des contacts électriques 23a, 23b en supposant qu'il s'agit d'un réservoir hydrophore (ou de régulation) pour un pompage à la demande (ou surpression) avec une seule pompe par exemple débitant dans la canalisation 2. Toutefois, ce qui est précisé ci-après peut être généralisé, moyennant des modifications mineures, aux réservoirs hydrophores équipant des installations comportant plusieurs pompes et aux réservoirs anti-bélier.
Le compresseur d'air 30 communique avec l'intérieur du ballon 1 via une conduite d'air 18 débouchant dans la paroi supérieure la du ballon 1.
Les détecteurs supérieur 23a et inférieur 23b fixent les niveaux de seuil haut et de seuil bas prédéterminés pour le liquide dans le ballon 1 en vue de réguler l'écoulement du liquide dans la canalisation 2. Les niveaux de seuil haut et de seuil bas dans le ballon 1 correspondent à
des pressions limites supérieure et inférieure définies pour l'écoulement du fluide dans la canalisation 2. Les détecteurs 23a et 23b sont reliés d'une part au compresseur d'air 30 via une liaison 31 et d'autre part via une liaison 32 à une ou plusieurs pompes non représentées qui alimentent la canalisation 2 en liquide.
En fonctionnement normal du système de régulation, le ballon 1 est en partie rempli par le liquide qui s'écoule dans la canalisation 2.
Le niveau 21 du liquide dans le ballon devrait se trouver entre les niveaux seuil haut et seuil bas déterminés par les détecteurs 23a et 23b. Lorsque le niveau 21 devient supérieur à la hauteur du détecteur 23a, ce qui correspond à une pression du liquide qui dépasse la pression supérieure déterminée du réseau, le détecteur 23a émet un signal au moyen de commande 22 qui arrête le pompage alimentant la canalisation 2. La continuité de la fourniture du liquide sous pression est alors assurée par le liquide contenu dans le ballon 1 qui alimente via sa partie inférieure 1 b la canalisation 2. Le ballon 1 se vidange WO 94/Z1957 ~ 1 ~ ~ ~ PCT/FR94/00317 donc et lorsque le niveau du liquide 21 devient inférieur â la hauteur du détecteur inférieur 23b, ce qui signifie que la pression du liquide dans la canalisation 2 devient inférieure à la limite inférieure autorisée, le détecteur 23b envoie un signal au moyen de commande 22 qui délivre un signal de démarrage via la liaison 32 pour mettre en marche la pompe. .Alors, de nouveau, la pression dans la canalisation 2 augmente et le niveau du liquide 21 dans le ballon 1 augmente. De cette façon, on peut réguler la pression du liquide dans la canalisation 2.
Le fonctionnement du système de régulation comme ce qui vient d'être décrit nécessite que la ballon 1 soit correctement gonflé, non seulement pour son gonflage initial, mais également pour compenser une diminution du volume d'air à l'intérieur du ballon 1 due à la dissolution de l'air dans le liquide.
1 S Le gonflage ïnitial du ballon détermine les pressions limites supérieure et inférieure du réseau correspondant à la hauteur des détecteurs 23a et 23b du ballon. Un mauvais gonflage initial du ballon entraînerait donc un décalage de la plage des pressions admises soit vers des valeurs supérieures soit vers des valeurs inférieures, ce qui pourrait être néfaste pour la canalisation 2 et éventuellement pour les usagers.
Parrtant d'un bon gonflage du ballon, lorsque la pompe s'arrête (est à l'arrêt pour un réservoir anti-bélier), si le niveau 21 du liquide est supérieur au niveau seuil supérieur indiqué par le détecteur 23a, cela signifie que le gonflage du ballon 1 est devenu insuffisant. Le détecteur 23a immergé dans le liquide envoie un signal au compresseur d'air 30 via le moyen de commande 22 et la liaison 31. Le compresseur d'air 30 démarre et envoie de l'air comprimé dans le ballon via la conduite 18 jusqu'à ce que le niveau 21 du liquide atteigne le niveau du détecteur 23a, lequel émet alors un signal d'arrêt au compresseur d'air 30 via le moyen de commande 22 et la liaison 31. Le gonflage du ballon est rétabli correctement.
Le système de régulation décrit précédemment présente les détecteurs 23a et 23b fixés à la paroi intérieure du ballon 1 et exposés au liquide qui peut contenir des impuretés. Le dépôt d'impuretés sur ~1~~D9~
les détecteurs 23a et 23b peut détériorer leur fonctionnement à long terme. De plus, la fixation des détecteurs 23a et 23b nécessite l'ouverture de fenêtres à travers la paroi latérale du ballon 1 et il n'y a pas de possibilité de modifications aisées de la position de ces détecteurs, donc des réglages.
La figure 7 illustre un système de régulation de l'invention dans un mode de fonctionnement comparable au système décrit précédemment et illustré sur la figure 6. Le système de régulation comprend une barre creuse 33 plongée verticalement à l'intérieur du ballon 1 à partir de sa partie supérieure la. L'extrémité inférieure 33a de la barre creuse 33 est fermée afin d'isoler complètement l'intérieur de la barre creuse 33 par rapport à l'intérieur du ballon 1. En prenant la même hypothèse que précédemment, c'est-à-dire un réservoir hydrophore et une seule pompe, deux détecteurs de niveau 23a et 23b sont disposés à l'intérieur de la barre creuse 33 avec une différence de hauteur prédéterminée définissant des niveaux seuil haut et seuil bas du liquide dans le ballon 1.
De préférence, la barre creuse 33 est réalisée sous forme tubulaire et montée coaxialement au ballon 1. Le tube central 33 est réalisé à
partir d'une matière non métallique pour permettre l'installation des détecteurs 23a, 23b de type capacitif ou équivalent. Le tube central 33 peut également être métallique si des détecteurs autres que de type capacitif et pouvant agir au travers de parois métalliques sont utilisés.
Avantageusement, les capteurs 23a et 23b peuvent être réglés en hauteur à l'intérieur du tube central 33 afin d'adapter le ballon 1 aux exigences en pression de la canalisation 2. Pour rendre les capteurs 23a et 23b réglables en hauteur, on peut utiliser des tringles plongées dans le tube 33 et sur lesquelles sont montés les détecteurs. On peut également envisager des butées à des hauteurs déterminées dans le tube pour caler les détecteurs. Les détecteurs 23a et 23b sont protégés par la paroi du tube central 33 contre des dépôts d'impuretés véhiculées par le liquide.
Le ballon 1 peut comporter une soupape 34 à sa paroi supérieure 1 a qui permet d'évacuer de l'air de l'intérieur du ballon 1 vers l'extérieur, cela dans le but d'éviter une surpression non souhaitable à
WO 94/21957 215 g p g 7 PCT/FR94100317 l'intérieur du ballon 1. Cela peut être le cas par exemple si le liquide dégage un mélange gazeux, par exemple de l'air, dans le ballon.
Le fonctionnement du systême illustré sur la figure 7 pour la régulation en pression de la canalisation est identique au 5 fonctionnement du système de la figure 6 et ne sera pas davantage décrit.
Bien entendu comme indiqué précédemment, le nombre de détecteurs de niveau utilisés pour le réservoir peut varier selon besoin.
Par exemple dans le cas oû le réservoir est utilisé comme un ballon 10 anti-bélier, on peut se contenter d'un seul détecteur de niveau, tel que le détecteur de niveau seuil haut 23a à l'intérieur du tube central 33.
Le déclenchement du compresseur d'air 30 par le détecteur 23a en cas d'insuffisance de volume d'air dans le ballon 1 est réalisé selon le même principe que ci-dessus.
15 Pour les autres modes de réalisation de l'invention qui sont illustrés sur les figures 8 à 13, le système peut fonctionner aussi bien pour la régulation en pression dans la canalisation 2 que pour éviter le coup de bélier dans la canalisation 2. De même, on peut prévoir une soupape 34 sur la paroi supérieure la du ballon 1 en cas de besoin.
Etant donné que les principes de fonctionnement des différents modes de réalisation de l'invention sont comparables l'un à l'autre, on se contentera de décrire leur différence.
Selon le mode illustré sur la figure 8, la partie inférieure 1 b du ballon 1 est pourvue d'une vanne 35 étanche à l'air qui contrôle la communication entre le ballon 1 et la canalisation 2. Une conduite d'évacuation 36 est prévue entre la partie inférieure lb du ballon et la vanne 35. La conduite d'évacuation 36 est reliée à un robinet de vidange 37. Un tel équipement facilite le gonflage initial du ballon 1, soit à la mise en service du réservoir, soit après un arrêt prolongé de l'installation (en irrigation par exemple). Pour ce faire, on ferme la vanne 35 et on ouvre le robinet de vidange 37. Lorsque le ballon 1 est vidé, on ferme le robinet de vidange 37 et on gonfle le ballon 1, grâce à la conduite 18, débouchant dans sa partie supérieure la, avec de l'air comprimé provenant du compresseur d'air 30 ou d'une bouteille à air comprimé, jusqu'à la pression désirée correspondant au gonflage correct du ballon. On arrête ensuite l'injection de l'air et on ouvre la vanne 35 pour rétablir la communication entre le ballon 1 et la canalisation 2.
L'équipement qui vient d'être décrit peut être utilisé pour les autres modes de réalisation décrits et illustrés. Il suffit de prévoir un orifice à la partie supérieure du réservoir pour permettre le gonflage initial du réservoir à l'aide d'une bouteille à air comprimé.
Le réservoir selon la figure 9 differe de celui illustré sur la figure 7 en la conception du moyen d'injection de l'air dans le ballon 1. Au lieu d'avoir un compresseur d'air 30 qui risque d'introduire des gouttelettes ou vapeurs d'huile dans l'air injecté au ballon 1, on utilise un dispositif d'injection d'air 38 qui est relié d'une part à la canalisation 2 via une conduite 39 et d'autre part soit à la partie inférieure du ballon 1 soit à la canalisation 2 en amont du ballon 1 via une conduite 18 pourvue d'un clapet asti-retour 19. Le dispositif 38 permet d'introduire de l'air dans le ballon 1 grâce à des cycles de vidange et de remplissage d'un réservoir auxiliaire ou chambre 6 du dispositif. Le remplissage du réservoir auxiliaire 6 par le liquide chasse l'air à la partie supérieure du réservoir auxiliaire du dispositif dans le ballon 1 via la conduite de liaison 18, le clapet anti-retour 19 interdisant le retour de l'air et du liquide dans le réservoir auxiliaire 6.
Comme illustré sur la figure 10, le système de régulation comprend un dispositif d'injection d'air 40 qui est intégré à la canalisation 2 en amont du ballon 1 afin d'injecter l'air, en cas de besoin, dans le ballon 1 via la canalisation 2. Quelques modes de réalisation du dispositif d'injection d'air 40 ont déjà été décrits précédemment et illustrés sur les figures 1 à 4.
A la partie inférieure lb du ballon 1, la canalisation 2 présente une entrée 41 et une sortie 42 pour le liquide dans le ballon 1. L'entrée 41 peut être prolongée verticalement vers le haut par une conduite 43 faisant saillie à l'intérieur du ballon 1. Le but d'un tel prolongement 43 est de créer un piège à air injecté dans le liquide par le dispositif d'injection d'air 40. L'air véhiculé par le liquide introduit dans le ballon 1 par l'intermédiaire de l'entrée 41 remonte dans le ballon 1 jusqu'à la surface de séparation 21 entre l'air et le liquide contenus dans le ballon 1 ou aboutit directement dans la zone d'air si cette WO 94/21957 ~ PCT/FR94/00317 surface 21 est située en-dessous du sommet de la conduite 43. Cette configuration évite donc toute perte de volume utile dans le ballon 1.
La figure 12 montre une variante de réalisation du piège à air constitué par l'entrée 41, le prolongement vertical éventuel 43 et la sortie 42 du liquide à la partie inférieure lb du ballon 1. La différence de structure du piège à air entre les modes illustrés sur les figures 10 et 12 est mieux illustrée par les figures 11 et 13.
Afin de ne pas créer de perte de charge dans la canalisation 2, il est préférable d'avoir la même section transversale pour l'entrée 41 que pour la canalisation 2 immédiatement en amont du ballon 1. Il en est de même pour la section, droite de la sortie 42 située au fond du ballon 1 par rapport à la section de la canalisation 2 immédiatement en aval du ballon 1. Tel qu'illustré sur la figure 11, l'entrée 41 et la sonie 42 sont constituées par deux compartiments d'une conduite tubulaire 44 séparée par une paroi centrale 45. La section de la cnnr~m;rP
tubulaire 44 correspond avantageusement à la somme des sections de la canalisation 2 immédiatement en amont et en aval du ballon 1.
Selon la figure 13, les entrée 41 et sortie 42 sont indépendantes l'une de l'autre et sont constituées par un simple coude de la canalisation 2 débouchant dans la partie inférieure lb du ballon 1.
Bien entendu, la conception d'un piège à air n'est utilisée que pour le cas où l'injectïon de l'air dans le ballon 1 est réalisée par l'intermédiaire de la canalisation 2. A part les structures illustrées sur les figures 10 à 13, le piège à air peut prendre des formes diverses, il suffit en effet que l'air introduit dans le ballon 1 par l'entrée 41 ne puisse pas s'échapper avec le liquide à la sortie 42.
D'une manière générale, pour réaliser un piégeage d'air dans le ballon 1, l'entrée 41 avec éventuellement son prolongement 43 doit être située à un niveau au dessus de la sonie 42.
Les figures 14 et 15 montrent deux autres modes de réalisation du piège à air. Selon la figure 14, l'entrée 41 débouche dans la paroi latérale du ballon 1 au dessus du fond du ballon, et la sonie 42 débouche au fond du ballon. Ce mode est adapté notamment en eaux usées, car des filasses ou autres corps longs véhiculés par le liquide dans la canalisation 2 risquent de s'enrouler autour du prolongement 43 de l'entrée 41 illustré sur les figures 10 à 13.
Les pièges à air précédemment décrits nécessitent que toute l'eau pompée transite dans le ballon. Dans le cas des eaux usées, ils risquent d'entraîner des dépôts au fond du ballon, car toutes les matières transportées dans les eaux usées passent par le ballon 1. Le problème S peut être résolu par le mode illustré sur la figure 15. La canalisation 2 présente une partie 2a à trois ouvertures et située immédiatement en dessous du ballon 1. L'ouverture supérieure de la partie 2a débouche dans la partie inférieure 1 b du ballon 1. Le liquide arrive par l'ouverture intermédiaire de la partie 2a et sort par l'ouverture inférieure de cette partie de canalisation. Les ouvertures intermédiaire et inférieure sont reliées par un tronçon de conduite vertical ou incliné
d'un angle 8 au moins égal à 45° par rapport à l'horizontale.
Le piège à air selon la figure 15 permet donc de limiter la quantité
des matières transportées par les eaux usées qui transitent par le ballon 1.
Afin d'empêcher la vidange accidentelle totale du ballon 1 et la fuite d'air depuis le ballon vers la canalisation 2, on peut prévoir un dispositif de sécurité à la partie inférieure lb du ballon à la sortie 42 du liquide.
Comme illustré sur la figure 16, le dispositif de sécurité comprend un flotteur 46 en matériau léger, tel qu'une mousse ou une matière plastique, une membrane souple 47 et des suspentes souples 48. La membrane souple 47 est fixée au flotteur 46 par les suspentes souples 48. La partie inférieure lb du ballon présente une ouverture lc obturée par une plaque horizontale 49 fixée au ballon 1 au moyen de boulons.
La plaque 49 présente une ouverture communiquant avec la sonie 42 pour le liquide, sur cette ouverture étant prévu une grille 50.
Le flotteur 46 sur lequel agit la poussée d'Archimède du liquide maintient incurvée vers le haut la membrane souple 47 fixée au centre de la grille 50. L'eau peut donc passer par la sortie 42. Lorsque le niveau d'eau baisse exagérément dans le ballon 1, le flotteur 46 s'abaisse et la membrane 47 s'applique sur la grille 50 et sur la plaque 49, ce qui empêche la vidange complète du ballon 1. Sur la face inférieure du flotteur 46 peuvent être prévus des ergots 51 permettant à la pression du liquide de s'exercer uniformément sur la membrane 47 même lorsque le flotteur 46 est en contact avec elle.
Claims (25)
1. Système de régulation d'air pour un réservoir hydropneumatique d'une canalisation hydraulique, comprenant une chambre, un moyen de remplissage d'eau de la chambre, un moyen de vidange d'eau de la chambre, un moyen d'introduction automatique d'air dans la chambre pendant la vidange, un moyen d'injection automatique de l'air de la chambre vers le réservoir pendant le remplissage, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre un moyen de commande relié à au moins un détecteur de dépassement d'un niveau seuil de l'eau contenue dans le réservoir et aux moyens de remplissage et de vidange de la chambre, et que si pour un état donné, le détecteur indique une insuffisance du volume d'air contenu dans le réservoir pour cet état, le moyen de commande déclenche au moins un cycle remplissage/vidange de la chambre jusqu'à ce que le détecteur indique que le volume d'air dans le réservoir est redevenu suffisant.
en ce qu'il comprend en outre un moyen de commande relié à au moins un détecteur de dépassement d'un niveau seuil de l'eau contenue dans le réservoir et aux moyens de remplissage et de vidange de la chambre, et que si pour un état donné, le détecteur indique une insuffisance du volume d'air contenu dans le réservoir pour cet état, le moyen de commande déclenche au moins un cycle remplissage/vidange de la chambre jusqu'à ce que le détecteur indique que le volume d'air dans le réservoir est redevenu suffisant.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur supérieur de niveau de l'eau placé au sommet de la chambre et relié au moyen de commande pour indiquer la fin de remplissage de la chambre.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur inférieur de niveau de l'eau disposé au fond inférieur de la chambre et relié au moyen de commande pour indiquer la fin de la vidange de la chambre.
4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre comporte un tube vertical d'introduction d'air dont l'extrémité
inférieure débouche au sommet de la chambre et dont l'extrémité supérieure communique avec une électro-vanne d'admission de l'air, le tube vertical constituant une chambre de compression entre l'électro-vanne d'admission de l'air et l'eau dans la chambre.
inférieure débouche au sommet de la chambre et dont l'extrémité supérieure communique avec une électro-vanne d'admission de l'air, le tube vertical constituant une chambre de compression entre l'électro-vanne d'admission de l'air et l'eau dans la chambre.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le détecteur supérieur est monté
dans le tube vertical.
dans le tube vertical.
6. Système selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite dont une extrémité est située au voisinage de la surface d'eau d'une retenue d'eau et dont l'autre extrémité communique avec le moyen d'introduction automatique d'air dans la chambre.
7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre est formée par un tronçon de canalisation, délimité dans le sens de l'écoulement normal du liquide dans la canalisation, d'une part à son extrémité aval par un clapet anti-retour monté sur la canalisation en amont du réservoir, et d'autre part à son extrémité amont par un niveau de vidange défini par le moyen de vidange, la cote de l'extrémité amont du tronçon étant inférieure à celle de son extrémité aval.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen d'injection automatique de l'air injecte un volume prédéterminé à travers le clapet anti-retour dans la canalisation hydraulique en amont du réservoir ou directement dans la partie inférieure du réservoir au moyen d'une conduite pourvue d'un clapet anti-retour.
9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le moyen de remplissage dans la chambre est constitué par une électro-vanne montée sur une conduite de remplissage dont une extrémité débouche dans la canalisation hydraulique en aval du clapet anti-retour et dont l'autre extrémité débouche dans la chambre.
10. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le moyen de remplissage dans la chambre est constitué par une pompe qui assure en temps normal l'alimentation de la canalisation.
11. Système selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la chambre est constituée par un ballon séparé de la canalisation hydraulique, et que les moyens de remplissage et de vidange sont constitués par une électro-vanne à deux voies communiquant avec la chambre par l'intermédiaire d'un tube vertical traversant la paroi inférieure de la chambre, le tube vertical pouvant dépasser le fond de la chambre d'une hauteur réglable à l'intérieur de la chambre.
12. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une barre creuse rendue solidaire du réservoir hydropneumatique et plongée verticalement vers le bas dans le réservoir, l'extrémité inférieure de la barre étant fermée et délimitant ainsi une cavité dans la barre creuse, et que le détecteur de dépassement est logé dans la cavité
de la barre creuse.
de la barre creuse.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le détecteur de dépassement est disposé dans la cavité de la barre creuse de façon réglable en hauteur.
14. Système selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le détecteur de dépassement est d'un type capacitif qui fournit des signaux différents en présence ou en absence du liquide à son niveau.
15. Système selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le réservoir est sensiblement cylindrique vertical ou horizontal fermé de deux côtés, et que la barre creuse est sous forme tubulaire rendue solidaire de la paroi supérieure du réservoir.
16. Système selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 12, 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape à la partie supérieure du réservoir permettant d'évacuer l'air en cas de surpression dans le réservoir.
17. Système selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 12, 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne contrôlant la communication en liquide entre la canalisation hydraulique et la partie inférieure du réservoir, et qu'il comprend une conduite d'évacuation dont une extrémité débouche dans la partie inférieure du réservoir au dessus de la vanne et dont l'autre extrémité comporte un robinet de vidange.
18. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'injection automatique injecte de l'air dans le réservoir via la canalisation hydraulique, et que la liaison entre la partie inférieure du réservoir et la canalisation présente un piège à air.
19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que le piège à air est constitué par une entrée pour le liquide débouchant dans la partie inférieure du réservoir et qui peut être prolongée vers le haut par une conduite, et une sortie pour le liquide, débouchant également à la partie inférieure du réservoir, la section droite respective des entrée et sortie étant sensiblement identique à la section droite de la canalisation hydraulique immédiatement en amont et en aval du réservoir.
20. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que le piège à air est constitué par une entrée pour le liquide débouchant dans la partie inférieure du réservoir et par une sortie pour le liquide débouchant également dans la partie inférieure du réservoir, l'entrée étant située au dessus de la sortie pour le liquide.
21. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que le piège à air est constitué par une partie de canalisation située en dessous de la partie inférieure du réservoir, ladite partie de canalisation présentant une ouverture supérieure débouchant dans la partie inférieure du réservoir, une ouverture intermédiaire par laquelle le liquide arrive et une ouverture inférieure par laquelle le liquide est évacué, les ouvertures intermédiaire et inférieure étant situées respectivement au niveau de la canalisation immédiatement en amont du réservoir et au niveau de la canalisation immédiatement en aval du réservoir.
22. Système selon la revendication 21, caractérisé en ce que les ouvertures intermédiaire et inférieure sont reliées par un tronçon de canalisation faisant un angle égal ou supérieur à 45° par rapport à
l'horizontale.
l'horizontale.
23. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie inférieure du réservoir présente une ouverture pour la sortie du liquide et connectée à la canalisation hydraulique, et un dispositif de sécurité coopérant avec ladite ouverture pour empêcher la vidange totale du réservoir et la fuite d'air dans la canalisation depuis le réservoir.
24. Système selon la revendication 23, caractérisé en ce que le dispositif de sécurité
comprend un flotteur, une membrane souple suspendue au flotteur par des suspentes souples et une plaque pourvue d'une grille centrale couvrant la section de la canalisation débouchant dans l'ouverture du réservoir, la membrane étant fixée en son centre à la grille et pouvant couvrir complètement la grille.
comprend un flotteur, une membrane souple suspendue au flotteur par des suspentes souples et une plaque pourvue d'une grille centrale couvrant la section de la canalisation débouchant dans l'ouverture du réservoir, la membrane étant fixée en son centre à la grille et pouvant couvrir complètement la grille.
25. Système selon la revendication 24, caractérisé en ce que le flotteur est sous forme d'une plaque horizontale pourvue de plusieurs ergots sur la surface inférieure qui peuvent venir en contact avec la plaque pourvue de la grille.
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