Vanne à boisseau et son utilisation La présente invention a pour objet une vanne à boisseau.
Cette vanne est caractérisée par le fait que ledit boisseau présente, sur au moins une partie de sa longueur, un conduit longitudinal divisé en au moins deux tronçons ne communiquant pas directement l'un avec l'autre, sur lesquels ouvrent des passages radiaux situés dans des plans normaux différents et communiquant partiellement les uns avec les autres par lesdits tronçons du conduit longitudinal, le tout de manière que la vanne permette d'assurer la com mande simultanée d'au moins deux circuits de fluide dont les fonctions sont interdépendantes.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'une telle vanne dans une installation pour l'adou cissage d'eau fonctionnant par échange d'ions catio- niques permettant la commande, par la manoeuvre du seul boisseau, des différentes fonctions de l'ins tallation, à savoir : marche normale, détassage des résines, aspiration d'un produit de régénération, et rinçage.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, et illus tre un exemple de son utilisation.
La fig. 1 est une vue schématique d'une instal lation pour l'adoucissage de l'eau, à la commande de laquelle la présente vanne convient particulièrement.
La fig. 2 est une vue en perspective d'une forme d'exécution de la vanne à boisseau suivant l'invention. Les fig. 3 et 4 sont des coupes, en perspective, du corps de vanne et du boisseau, respectivement, et les fig. 5 à 8 illustrent schématiquement le fonc tionnement de la vanne dans quatre positions dif férentes. L'installation d'adoucissage d'eau représentée à la fig. 1 fonctionne par échange d'ions cationiques. Elle comprend une cuve 1 enfermant des résines destinées à fixer l'ion calcium, dans laquelle débouchent deux canalisations, l'une d'admission, désignée par 2, dans laquelle l'eau non traitée pénètre en E, et l'autre de sortie, désignée par 3, par laquelle l'eau traitée s'écoule en S.
La première aboutit au haut de la cuve 1 et la seconde plonge jusqu'au voisinage du fond de celle-ci.
Un canal 4 relie les conduites 2 et 3 et fonctionne comme by-pass par rapport à la cuve 1 ; la conduite 2 est munie d'une vanne à trois voies 5 à son inter section avec le canal 4.
Un tuyau de vidange 6 est branché sur la conduite 3, au moyen d'une vanne à trois voies 7.
Une conduite 8 est branchée sur la conduite 2, en by-pass par rapport à la vanne 5. Cette conduite 8 est en outre reliée au tuyau de vidange 6 par un embranchement 9. Deux vannes 10 et 11 sont mon tées l'une sur l'embranchement 9 et l'autre sur l'extrémité du tuyau de vidange 6. Cette dernière constitue une vanne de sécurité utile au cas où la vanne 7, à boisseau, viendrait à perdre.
La conduite de by-pass 8 est munie d'un hydro- éjecteur 12 destiné à aspirer, par une conduite 13, de la saumure diluée provenant d'un bac à sel 14 muni d'un doseur de saumure 15.
Le fonctionnement d'une telle installation est le suivant En marche normale, les deux vannes 5 et 7 sont placées de manière à permettre la libre circu lation de l'eau dans les conduites 2 et 3 : l'eau à traiter, provenant de l'entrée E, pénètre par la con duite 2 dans le haut de la cuve 1 où elle est traitée par les résines que celle-ci contient. L'eau traitée ressort de l'installation par la conduite 3, en S. Le by-pass 4 et la vidange 6 sont alors fermés par les vannes 5 et 7 respectivement. Aucune saumure n'est aspirée par l'hydro-éjecteur 12 du fait de la trop faible quantité d'eau qui circule dans le by-pass 8. Les vannes 10 et 11 sont fermées.
Les opérations de régénération des résines débu tent par un détassage de celles-ci obtenu en ouvrant les vannes 10 et 11 en en manoeuvrant la vanne à trois voies 5 de manière à fermer la conduite 2 et à ouvrir le by-pass 4 ; la vanne 7 reste en position inchangée. L'eau pénétrant en E est alors dérivée par le by-pass 4 pour pénétrer dans la cuve 1 par la conduite 3 et s'en échapper par la conduite 2 et rejoindre la vidange 6 par les conduites 8 et 9 successivement. Ainsi, le sens dans lequel circule l'eau dans la cuve est inversé par rapport au sens de marche normale, ce qui soulève et nettoie les résines.
Il est à remarquer qu'une vanne se trouvant au poste d'utilisation, désignée par 16, doit alors être fermée pour que l'eau circule bien au travers de la cuve 1.
La régénération proprement dite, à savoir l'injec tion de saumure diluée dans la cuve 1, s'effectue en maintenant la vanne 5 dans une position inchangée, en fermant la vanne 10 et en manaeuvrant la vanne 7 de manière que la conduite 3 soit fermée mais que la vidange 6 soit ouverte. L'eau pénétrant en E ne peut plus circuler par le by-pass 4, pour autant que la vanne d'utilisation 16 soit alors fermée. L'eau passe alors par le by-pass 8 et aspire de la saumure à son passage dans l'hydro-éjecteur 12. La vanne 10 étant fermée, l'eau mélangée à la saumure pénètre dans la cuve 1 par la conduite 2, c'est-à-dire dans le même sens que lors de la marche normale de l'installation, et en ressort par la conduite 3 pour rejoindre la vidange 6.
L'injection de saumure est suivie d'un rinçage rapide du sel devenu, par échange, du chlorure de calcium. Le rinçage s'effectue en replaçant les diffé- rentes vannes de l'installation dans la position qu'elles occupaient lors du détassage : un flux d'eau circule alors à contresens dans l'installation qui peut ensuite être ramenée en position de marche normale.
Il est à remarquer qu'il est possible d'utiliser de l'eau, bien que non traitée, pendant les opérations de détassage, de régénération, et de rinçage, grâce au by-pass 4 qui alimente la partie de la conduite 3 située au-delà de la vanne 7 et permet ainsi à l'eau dure d'atteindre directement la sortie S lorsque la vanne 16 est ouverte.
La vanne objet de l'invention, dont une forme d'exécution est illustrée aux fig. 2 à 4, réunit en un seul appareil les différentes vannes de l'installation décrite ci-dessus.
Cette vanne comprend un corps cylindrique tubu laire 17 dans lequel est logé un boisseau cylindrique 18. Ce corps 17 présente quatre nervures longitudi- nales <I>17a, 17b,</I> 17c et 17d réparties angulairement autour du corps 17 et disposées à 900 les unes des autres. Ces nervures longitudinales constituent des gaines de chambres longitudinales dont l'une, celle de la nervure 17c, est divisée, par une paroi trans versale 17e (fig. 3), en deux chambres distinctes sans communication directe.
La paroi tubulaire 17 est percée de diverses lumières 19, dont une partie sont visibles à la fig. 3, qui font communiquer les cham bres ménagées dans les nervures 17a à 17d avec l'intérieur du corps tubulaire 17.
La chambre de la nervure 17a et la chambre inférieure de la nervure 17c, seules visibles au dessin (fig. 3), sont fermées à leur extrémité inférieure, alors qu'au contraire les chambres des nervures 17b et 17d, non visibles au dessin, sont ouvertes à leur extrémité inférieure afin de pouvoir être raccordées à la cuve 1 de l'installation décrite précédemment, ceci par simple engagement des conduites menant à la cuve.
En outre, la nervure 17a présente deux tubulures, désignées par 17f et 17g, destinées l'une à constituer la conduite d'entrée E et l'autre à être reliée à la conduite 13 menant au doseur de sau mure<B>;</B> de même, la nervure 17c présente deux tubu lures 17h et<B>171</B> dont l'une donne dans la chambre inférieure de cette nervure et constitue la sortie S de l'installation, et dont l'autre donne dans la chambre supérieure de la nervure 17c et constitue l'orifice de vidange. Cette chambre supérieure est occupée par un organe obturateur 20 qui joue le rôle de la vanne 11 de l'installation décrite ci-dessus, et qui permet de fermer la vidange 17i.
A cet effet l'organe obturateur porte un joint torique 21, dit 0-ring, qui ferme un passage 22 que présente la chambre supé rieure de la nervure 17c, lorsque cet organe obtura teur occupe la position représentée à la fig. 3. En outre l'organe obturateur présente une tige 20a, munie d'un joint torique 23, qui traverse un bouchon 24 fermant la chambre supérieure de la nervure 17c, et qui coulisse dans ce bouchon ; l'organe obturateur est commandé, à l'aide de sa tige 20a, d'une façon qui sera décrite ci-après. La chambre de la nervure 17a présente deux buses, l'une formée par un étranglement 17k de la paroi même de cette chambre, et l'autre, désignée par 25, rapportée.
Ces deux buses forment ensemble un tube de Venturi constituant l'hydro-éjecteur 12 de l'installation décrite ci-dessus.
Le boisseau 18 est percé, sur une partie de sa longueur, d'un passage axial (fig. 4) séparé en deux chambres 26 et 27 par une paroi transversale 18a. Il est percé de lumières radiales 28, de section droite circulaire, aboutissant dans la chambre 26, et de lumières 29 et 30, de section droite circulaire, res pectivement allongée, aboutissant dans la chambre 27. Enfin, la partie supérieure du boisseau 18, située au-delà de la chambre supérieure 27 du passage axial, est percée de passages radiaux 31 et 32 com muniquant les uns avec les autres, par paires, par leur extrémité intérieure.
Ces lumières et passages 28 à 32 sont tous distribués suivant deux plans longitudinaux perpendiculaires l'un à l'autre, de manière à pouvoir être amenés à coïncider avec les unes ou les autres des lumières 19 du corps 17, également situées dans deux plans longitudinaux per pendiculaires l'un à l'autre puisque situées en regard des nervures 17a à 17d, lesquelles sont disposées, comme cela a été dit, à 900 les unes par rapport aux autres.
Cet arrangement particulier présente l'avan tage que la manoeuvre de la vanne s'effectue par des rotations successives du boisseau, toutes de valeur égale, à savoir de 90,1, et toujours dans le même sens. Enfin, les lumières du boisseau sont réparties dans divers plans normaux du boisseau constituant des étages de la vanne, lesquels ont été représentés schématiquement aux fig. 5 à 8 et désignés par les chiffres I à VII.
Les différents tronçons du boisseau définis par les deux chambres 26 et 27 et par la partie supé rieure dépourvue de passage longitudinal sont sépa rés par des joints toriques 33, dont un seul a été représenté à la fig. 4, logés dans des gorges annu laires 34 ménagées dans le tore et qui coopèrent avec la paroi du corps tubulaire 17 afin d'empêcher toute fuite interstitielle.
Le boisseau 18 est solidaire d'une came en clo che 35 agissant sur l'extrémité de la tige 20a de l'organe obturateur 20 pour amener ce dernier en position de fermeture, telle que représentée à la fig. 3. Il est à remarquer que les mouvements de retour de l'organe obturateur sont assurés par la pression de l'eau s'exerçant de bas en haut. A cet effet, la partie inférieure, désignée par 20b, de l'organe obtu rateur 20 présente des nervures de manière à assurer le guidage de l'organe obturateur tout en permettant à l'eau de passer sous celui-ci et d'exercer ainsi la pression assurant son ouverture.
Le fonctionnement de la vanne, illustré schéma tiquement aux fig. 5 à 8, est le suivant Lorsque l'installation d'adoucissage doit fonction ner normalement, la vanne occupe la position repré sentée à la fig. 5. Dans cette position, l'eau pénétrant en E, à l'étage II, n'a pas d'autre issue que celle lui permettant de pénétrer, à ce même étage, dans la chambre centrale 26 du boisseau. De là, sa seule issue se trouve à l'étage III où se présente une liaison avec la chambre longitudinale de la nervure 17d reliée à la conduite 2 aboutissant à la cuve 1.
L'eau traitée provenant de la cuve, et passant par la con duite 3, pénètre dans la chambre de la nervure l7b et trouve sa seule issue à l'étage V, la faisant pénétrer dans la chambre centrale 27 du boisseau 18 pour rejoindre l'étage IV d'où elle parvient à la sortie S.
Il est à remarquer qu'une fuite interstitielle se produit généralement, à l'étage I, entre les lumières 28 du boisseau et la lumière 19 du corps 17 située à cet étage, en raison de leur grande proximité, et ceci malgré une grande précision de fabrication des éléments de la vanne.
Toutefois, une telle fuite non seulement ne pré sente pas d'inconvénients, mais est même désirée en effet elle constitue un léger by-pass permanent, grâce auquel une très faible quantité, au maximum 5 0/0, d'eau dure se mélange à l'eau traitée. Ainsi l'eau traitée présente toujours un très léger taux cal caire, ce qui est avantageux, les eaux totalement dou ces présentant divers inconvénients : pas de culottage des conduites neuves, production exagérée de mousse de savon, etc.
Pour que s'effectue l'opération de détassage, la vanne est amenée dans la position représentée à la fig. 6 par une rotation de 901, du boisseau dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre. Dans cette position, l'eau pénétrant par l'entrée E et parvenant dans la chambre centrale 26 du boisseau trouve sa seule issue à l'étage I, l'amenant dans la chambre de la nervure 17c.
De là, elle parvient à la sortie S, dont la vanne d'utilisation, placée au poste de l'utilisateur, est alors normalement fermée. L'eau pénètre alors dans la chambre 27 du boisseau, à l'étage IV, et monte à l'étage V d'où elle parvient dans la chambre de la nervure l7b reliée à la cuve 1 par la conduite 3. Ainsi, l'eau pénètre dans la cuve à contresens, produisant le détassage des résines.
L'eau ressortant de la cuve par la conduite 2 pénètre dans la chambre de la nervure l7d et trouve sa seule issue à l'étage VI, cette issue la conduisant à la vidange V qui, alors, est partiellement ouverte, l'organe obturateur 20 étant maintenu dans une posi tion intermédiaire par la came en cloche 35.
Il est à remarquer que, lors du détassage, comme aussi lors du rinçage décrit ci-après, une certaine quantité d'eau peut rejoindre directement la vidange V en montant dans la chambre de la nervure 17a jusqu'à l'étage VII. Toutefois cette eau doit traverser l'hydro-éjecteur, dont la section est faible, de sorte que sa quantité est négligeable.
La position de la vanne correspondant à la régé nération est représentée à la fig. 7. Dans cette posi tion, obtenue par une nouvelle rotation du boisseau de 90% dans le même sens que précédemment, l'eau pénétrant en E, et qui parvient dans la chambre centrale 26 du boisseau, ne peut dépasser l'étage IV après avoir pénétré dans la chambre de la nervure 17c à l'étage I. Ce parcours étant sans issue, l'eau provenant de l'entrée E ne peut que passer dans la chambre de la nervure l7a ; elle aspire de la sau mure 17g au passage dans l'hydro-éjecteur et rejoint la chambre de la nervure 17d par les passages 32 du boisseau situés à l'étage VII.
Ainsi, l'eau addi tionnée de saumure pénètre-t-elle dans la cuve 1 par la conduite 2. Elle en ressort par la conduite 3, pénètre dans la chambre de la nervure l7b, et trouve sa seule issue à l'étage VI, par les passages 31 du boisseau, conduisant à la vidange V, alors entière ment ouverte. Il est en effet nécessaire que la vidange soit entièrement ouverte pour que la vitesse de passage de l'eau dans l'hydro-éjecteur soit suffi sante pour produire une aspiration convenable de saumure. Dans la pratique, des dépressions de l'ordre de 0,9 kg/ce sont obtenues pour une pres sion d'entrée de l'eau de 3 kg/cm2.
Il est à remarquer que le profil de la came 35 est tel qu'entre ses positions mi-ouverte et ouverte, l'obturateur est ramené en position fermée, afin que la pression de l'eau soit suffisante pour produire son ouverture complète.
Enfin, le rinçage est obtenu par une troisième rotation de 90,) du boisseau, toujours dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre. Comme cela a été dit lors de la description du fonctionne ment de l'installation d'adoueissage, les fonctions de rinçage sont les mêmes que celles du détassage. Cette identité se vérifie par une comparaison entre les fig. 6 et 8.
Toutefois, on remarque que la liaison entre la chambre de la nervure 17d et la chambre supé rieure de la nervure 17c, assurée à l'étage VI dans la position de la fig. 6, est assurée à l'étage VII dans la position de la fig. 8.
Bien qu'une communication doive exister entre les chambres des nervures 17c et 17d lors des opé rations de détassage et de rinçage, il n'a pas été nécessaire de munir la vanne d'un circuit ad hoc, tel qu'une gouttière circulaire dans le boisseau ou dans le corps de vanne, ce qui aurait allongé d'autant la vanne : en effet, les temps morts des étages supé rieurs ont été utilisés (étage VI pour le détassage et étage VII pour le rinçage), pour assurer cette liaison, réduisant ainsi la hauteur de la vanne.
Il est à remarquer que, dans le boisseau 18, les étages I à III servent au passage de l'eau non traitée, dure, les étages IV et V reçoivent de l'eau traitée, et les étages VI et VII la saumure. Les joints tori- ques 33 logés dans les gorges 32 évitent tout mélange de ces trois qualités d'eau par des fuites interstitielles qui pourraient se produire entre le boisseau 18 et le corps tubulaire 17.
Il convient également de remarquer que la fonc tion de by-pass mentionnée lors de la description du fonctionnement de l'installation, qui permet à l'utilisateur de recevoir de l'eau à la vanne d'utilisa tion 16 en tout temps, même pendant les différentes opérations de régénération, est bien assurée par la présente vanne: en effet, en tout temps la sortie S est alimentée en eau, traitée lorsque l'installation fonctionne normalement et dure pendant les diffé rentes opérations du cycle de régénération.
La rotation du boisseau peut être commandée électriquement, à l'aide d'un micromoteur par exem ple. Dans ce cas, la came 35 pourra porter, latéralement, des saillies agissant sur des contacts électriques pour produire l'arrêt du moteur dans les quatre positions de travail du boisseau. La mise en marche du moteur, après des temps d'arrêt déter minés par la durée de chaque phase du cycle de régénération et par la durée de marche normale que l'on assigne à l'installation, sera commandée auto- matiquement, par exemple par un contacteur rotatif.
Dans le cas de consommation d'eau réduite, la fréquence des cycles de régénération peut être très faible : il y a alors intérêt, plutôt que de faire tourner le contacteur à une vitesse exagérément lente, à le faire tourner par intermittence, en alimentant son moteur par un second contacteur tournant lui-même à une vitesse normale. Cela présente le double avan tage de permettre des durées, pour chaque opération de régénération, relativement courtes, ce qui n'est pas le cas avec un contacteur tournant trop lente ment, et de permettre que le cycle de régénération débute à heures fixes, ce qui est également difficile à obtenir avec un contacteur tournant très lentement.
Il est à remarquer qu'en cas de panne de courant lors de la régénération la vanne reste dans la position où elle s'est arrêtée, et que l'on n'a pas d'eau salée lors de l'utilisation, comme c'est le cas dans les installations d'adoucissage connues ; quand le cou rant est rétabli, la régénération se termine norma lement.
La présente vanne ne comporte que très peu d'éléments dont deux seulement sont en mouvement. Elle pourra être réalisée aisément en matière plas tique et, ne présentant ni solénoïde ni membrane, non plus qu'aucun autre organe délicat, ne demande pratiquement aucun entretien.