De nombreuses installations industrielles, domestiques ou agricoles mettent en oeuvre des mélanges de fluides ou plus souvent des émulsions de deux fluides non miscibles entre eux, dont la distribution vers le réseau d'utilisation est assurée par une pompe volumétrique à moyenne ou haute pression, tandis que la quantité d'émulsion effectivement utilisée varie constamment.
C'est le cas pour la technique des brûleurs pour combustibles liquides, par exemple.
Les procédés connus de production d'une émulsion stable sont efficaces mais l'homogénéité et le rapport des pourcentages relatifs des deux fluides de l'émulsion sont fonction de la qualité du mélange, préalablement effectué, qui est mis en oeuvre.
L'appareillage effectuant ce mélange doit donc pouvoir assurer les fonctions suivantes:
- un dosage rigoureux de l'un ou de chacun des deux fluides:
- un mélange intime et homogéne des deux fluides;
- la régulation du dosage permettant d'assurer la constance
des proportions des deux fluides quel que soit le débit du mélange
Pour remplir ces'fonctions, il est connu d'utiliser les faibles variations de pression provoquées, à l'aspiration de la pompe, par les modulations du débit d'utilisation; ceci, par l'intermédiaire d'un dispositif mélangeur statique ou mécanique monté en aval d'un étrangl-ent placé sur chaque amenée des deux fluides, maintenus par ailleurs à des pressions constantes et très voisines l'une de l'autre.
Le dosage souhaité ayant été obtenu par le ré glage des sections de passage des étranglements, les variations de pression à l'aspiration de la pompe sont transmises de façon égale aux deux fluides dont les débits varient proportionnellement.
Une telle façon de faire présente plusieurs inconvénients:
des pertes de charges importantes sont produites à l'aspiration de la pompe;
la moindre variation de pression de l'un ou l'autre des deux fluides provoque une modification des proportions du mélange;
pour assurer le dosage, on utilise l'action directe d'une très faible variation de pression (positive ou négative), d'où la nécessité d'une très grande finesse de réglage et l'emploi de régulateurs de pression de haute précision.
Par ailleurs, I'assemblage. auquel on pourrait songer pour obtenir un meilleur dosage, de divers appareils classiques ou spécialisés, formant une chaîne complète de régulation, pourrait permettre d'obtenir toute satisfaction mais la complexité, I'encombrement et le prix de revient seraient disproportionnés avec l'application envisagée.
L'invention a pour but de remédier à cet état de fait, en permettant, grâce à un appareil statique et monobloc assurant la double fonction de mélangeur et doseur-régulateur de proportion de deux fluides, d'alimenter une pompe volumétrique (à débit constant) avec deux fluides non miscibles entre eux, selon un mélange homogène, à proportion constante et réglable, quel que soit le débit d'utilisation, et tout en retournant audit appareil statique le mélange non utilisé et dont le débit est essentiellement variable.
L'invention a donc pour objet un procédé de dosage d'un mélange de deux fluides sous pression, destiné à l'alimentation d'une pompe volumétrique, pourvue d'un limiteur de pression. avec un mélange dans lequel le pourcentage de chacun des fluides est constant, quel que soit le débit d'utilisation. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on prélève une fraction du mélange des deux fluides qui n'a pas été utilisé et dont le débit a des variations inverses de celles du débit d'utilisation. on injecte sous pression le premier fluide dans cette fraction du mélange avec un débit qui varie en fonction de la contre-pression exercée par ledit mélange, c'est-à-dire en fonction du débit d'utilisation, puis on injecte le nouveau mélange ainsi obtenu dans une arrivée du deuxième fluide et on introduit le fluide obtenu dans le circuit d'utilisation.
Le réglage de l'amplitude des variations de pression du fluide (A + B). par la position axiale de l'injecteur du fluide A, le réglage de la pression de ce fluide A et le choix des caractéristiques débit-pression de son injecteur permettent d'obtenir, selon les exigences de l'installation, soit une parfaite constance des proportions des deux fluides A et B quel que soit le débit d'utilisation du mélange (A + B), soit une évolution des proportions en fonction du débit utilisé de ce mélange.
L'invention a également pour objet un appareil doseur mélangeur à régulation automatique, destiné à la mise en oeuvre du procédé perfectionné ci-dessus. Cet appareil est remarquable notamment en ce qu'il comporte trois chambres pourvues de trois en trées respectivement pour le premier fluide (A), le mélange (A + B) à pression variable provenant du limiteur de pression et le deuxième fluide (B), et deux injecteurs pour injecter respectivement le premier fluide (A) dans une veine tronconique convergente dudit mélange de fluides (A + B) à la sortie de la deuxième chambre et le mélange obtenu A + (A + B) dans une veine convergente du deuxiéme fluide B à la sortie de la troisième chambre.
Les variations de pression du mélange de fluides (A + B), fonction du débit d'utilisation, agissent en contre-pression sur l'injecteur du fluide A et provoquent des variations de débit de ce fluide A suivant la courbe débit-pression de son injecteur. Par ailleurs, le fluide B avantageusement maintenu à une pression constante, alimente normalement la pompe après avoir été mélangé avec le fluide A + (A + B).
L'injecteur du premier fluide (A) peut être démontable, interchangeable et solidaire d'un filetage axial permettant de modifier sa position par rapport au corps de l'appareil en définissant ainsi la section de sortie de la deuxième chambre à pression variable; cet injecteur du premier fluide (A) peut être pourvu d'un clapet antiretour.
Dans une forme d'exécution préférée, une pièce cylindrique creuse, montée à l'intérieur du bâti est pourvue de lumières en regard de chaque arrivée de fluides et porte tous les organes d'injection des fluides.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples:
La fig. I est une vue en coupe transversale d'un appareil doseur-mélangeur à régulation automatique suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale d'une variante de cet appareil.
La fig. 3 est un schéma de montage de cet appareil dans le circuit d'un brûleur à combustibles liquides.
La fig. 4 représente, par les points X relevés expérimentale- ment, la variation du débit d du fluide A (eau) portée en abaisses en fonction de la variation du débit D, c'est-à-dire de la consommation du fluide B (fuel) portée en ordonnées, ainsi que par la courbe Y la variation correspondante de la pression P de retour du fluide A + B (émulsion), en fonction de D. en adaptant l'appareil de la fig. 1 selon le schéma de la fig. 3.
Suivant l'exemple d'exécution représenté à la fig. 1, le corps 1 de l'appareil I comporte trois entrées de fluides 2, 3 et 4.
L'entrée 2 débouche dans une chambre 5 qui, par des canaux radiaux 6 et axial 7 d'un porte-injecteur 8, débouche dans une deuxième chambre axiale 9. Sur la sortie du canal 7, une bille 10 est maintenue appliquée par un ressort 11. Le porte-injecteur 8 est réglable longitudinalement par vissage dans un écrou 12, luimême vissé dans le corps 1, un contre-écrou 13 permettant de blo- quer en position le porte-injecteur 8. tout en laissant la possibilité de démonter l'ensemble de ce porte-injecteur: il suffit en effet de dévisser l'écrou 12 sans toucher au réglage de l'appareil. Un joint en cuivre 14 et un joint torique 15 assurent l'étanchéité entre la chambre 5 et l'extérieur, une bague en Téflon 16 assure l'étan- chéité entre la chambre 5 et une chambre 17 entourant un injecteur axial 18.
Cet injecteur axial 18 comporte un canal borgne axial 19 qui débouche par des orifices calibrés 20 dans un passage conique 21 ménagé entre la tête conique mâle de l'injecteur et la surface conique femelle d'un ajutage directeur 22. Le passage conique 21 débouche, vers l'amont, c'est-à-dire vers la gauche, dans la chambre annulaire 17 dans laquelle débouche radialement la deuxième en
trée 3, et, vers l'aval, dans le canal axial 23 de l'ajutage direc
teur 22.
Ce canal 23 débouche à l'aval dans l'entrée tronconique 24
d'un ajutage convergent 25 qui est en communication vers l'a
mont avec une troisième chambre axiale 26 dans laquelle débou
che axialement la troisième entrée 4 et qui se prolonge vers l'aval
par le raccord fileté 26t de sortie. Un joint 27 assure l'étanchéité
entre le corps 1 et l'ajutage rapporté 25. Un bouchon 28 donne
accès à l'intérieur du corps 1, en face de l'entrée 2 pour la mise en
place du raccord rapporté 29 dans lequel est ménagée l'entrée 2.
Le fonctionnement est le suivant:
L'entrée 2 est branchée sur un conduit a d'amenée du fluide A
après passage de celui-ci dans un détendeur ou tout autre appareil
réglable de régulation de pression.
L'entrée 3 reçoit le mélange ou émulsion (A + B) en prove
nance de la décharge b du limiteur de pression R de la pompe vo
lumétrique P.
L'entrée 4 reçoit le fluide B sous pression stable faible ou
nulle.
Le fluide A gagne, par la chambre 5 et les canaux 6 et 7, et
après avoir chassé de son siège la bille 10 maintenue au repos en
position d'obturation par le ressort 11, pénètre dans l'injecteur 18
et par des orifices calibrés 20 débouche dans le passage coni
que 21, où le fluide A est additionné du mélange (A + B) dont le
débit est variable et le nouveau mélange A + (A + B) s'écoule par
l'étranglement constitué par cet intervalle annulaire 21. La perte
de charge provoquée par cet étranglement est fonction du débit
du mélange et provoque des variations de pression dans ce pas
sage 21 agissant en contre-pression sur l'injecteur 18 dont le débit varie donc dans le sens souhaité.
L'amplitude de la variation de pression dans le passage annulaire 21 peut être réglée en modifiant la section de l'étranglement: pour cela, le porte-injecteur 8 est plus ou moins vissé dans l'écrou 12 de fixation sur le corps 1 provoquant ainsi le déplacement axial de l'injecteur 18 par rapport à l'ajutage 27 qui est fixe. Le contre-écrou 13 permet le blocage en position après réglage.
L'ajutage 22 reçoit donc un mélange déjà intime du fluide A et du mélange (A + B), et il débite en 24, au centre de la cavité tronconique délimitée par l'ajutage convergent 25 et par laquelle est distribué le fluide B provenant de la chambre 26 et de l'entrée 4.
La pénétration du jet conique creux du fluide B dans le jet plein du mélange A + (A + B) assure le mélange final (A + B) qui est dirigé vers l'aspiration de la pompe P.
La bille 10, soumise à l'effet du très faible ressort 11, interdit le passage des fluides B ou (A + B) vers la chambre 5 si la pression de celle-ci chute accidentellement.
Le raccord fileté 29 permet la fixation directe sur le corps 1 de l'appareil I d'une vanne d'isolement (magnétique ou manuelle) du fluide A. L'accès à la tête six pans de cette vis est possible avec l'aide d'une clé tubulaire, après avoir enlevé le bouchon 28 et retiré le porte-injecteur 8 par l'écrou 12.
On peut apporter des modifications à cet appareil, principalement lorsqu'on lui demande une grande précision dans la stabilité ou l'évolution des proportions des deux fluides dans le mélange alors que la variation du débit d'utilisation est très importante.
Sur la fig. 2, qui représente un appareil Il conforme à une telle variante, on voit que la section de sortie de la chambre 17 à pression variable est formée par la combinaison d'un pointeau 30 solidaire de l'injecteur 18 du fluide A et l'ajutage d'un piston 31 coulissant dans une pièce tubulaire 32 et soumis à la poussée axiale d'un ressort 33. La variation de débit du fluide (A + B) entraîne le déplacement du piston 31 vers un point d'équilibre ou la pression due à la perte de charge provoquée par la nouvelle section de passage entre piston et pointeau contreblancera la nouvelle poussée du ressort 33.
En fonction de la flèche du ressort, on peut calculer la forme du pointeau 30 de telle sorte que la variation de la section de passage entraîne pour chaque débit instantané du
fluide (A + B) arrivant en 3 la force désirée du ressort 33 et par
conséquent la pression du fluide (A + B). Le tarage initial du res
sort peut être réglé par le déplacement axial du pointeau 30. On
notera que, dans cet exemple le réglage précité peut être assuré
par la modification de la pression du fluide B dont la force résul
tante se surajoute sur le piston 31 à celle du ressort 33.
L'arrivée du mélange (A + B) venant de l'entrée 3 concen
triquement avec le fluide A permet le mélange A + (A + B) qui re
çoit à son tour, et aussi concentriquement, le fluide B provenant
de l'entrée 4 et pénétrant dans la pièce tubulaire 32.
Dans cet exemple, les mélanges s'effectuent à l'intérieur de
cette pièce tubulaire 32 qui supporte le porte-injecteur 8a; cette
pièce traverse le corps la de part en part et des gorges d'alimenta
tion 34, 35, 36, ménagées dans cette pièce, tombent en regard des
trois entrées 2, 3, 4 des fluides dans le corps la. La sortie 23a de la
pièce 32 comporte un filetage mâle 37 pouvant être vissé directe
ment sur l'orifice d'aspiration du corps de pompe. Le serrage de la
pièce 32 assure le blocage, en toutes positions désirables, de I'ap
pareil sur le corps même de la pompe; I'étanchéité de l'ensemble
est assurée par des joints 38 entre la tête de la pièce 32 et le
corps la, et en 39 entre le corps la et la pompe (non représentée).
On remarquera l'intérêt de la pièce 32 qui élimine tout raccord
de liaison et permet une grande simplicité de montage ou de dé
montage de l'appareil. Il est clair que cette pièce, dont le rôle est
de simplifier les opérations de mise en place et d'entretien de I'ap
pareil ne modifie en aucune manière le principe de fonctionne
ment de l'appareil.
On se référera maintenant à la fig. 3, qui représente un exemple d'application de l'invention au procédé de gazéification des combustibles liquides par leur mise en émulsion avec de l'eau; la combustion de cette émulsion peut ensuite se faire dans un brû
leur classique ou spécialisé, à pulvérisation mécanique, à débit va
riable.
Une telle utilisation, dont les effets bénéfiques sur la pollution atmosphérique par la suppression des imbrûlés solides sont connus, ne peut donner satisfaction que si la constance des proportions eau-combustible est correctement assurée pour tous les débits du brûleur et si le dosage de l'eau dans le mélange est très rigoureux et parfaitement fiable pour un réglage donné. ll est important par ailleurs que l'application du procédé à un brûleur classique n'entraîne pas de frais de matériel et de montage hors de proportion avec la valeur du brûleur et que l'encombrement du matériel à adapter ne représente pas une gêne technique, voire même esthétique. L'invention trouve ici une heureuse application en apportant les qualités requises de dosage, de mélange et de régulation et en s'intégrant généralement sans aucune difficulté au brûleur par adaptation directe sur son corps de pompe.
On voit sur la fig. 3 un brûleur 40 à deux allures, assurées par deux gicleurs 41 et 42 fonctionnant séparément ou simultanément.
La pompe P du brûleur reçoit directement à son orifice d'aspiration l'appareil I décrit. L'entrée 2 de ce dernier est reliée à un réseau 45 d'eau A par l'intermédiaire d'une vanne magnétique d'isolement 43 directement fixée sur le corps de l'appareil I et d'un détendeur 44. L'entrée 4 est reliée au réseau 46 de distribution à basse pression de combustible B au brûleur. L'entrée 3 est reliée à la chambre de décharge du limiteur de pression R de la pompe P.
Cette dernière, si elle ne peut assurer elle-même la mise en émulsion du mélange fourni par l'appareil I, refoule dans un émulsionneur 47 dont la sortie est dirigée vers le porte-gicleurs 40 en dérivation sur le limiteur de pression R.
Sur le graphique de la fig. 4, on voit que pour un débit D de combustible allant de 46 à 140 litres/heure, soit à peu près dans le rapport de 1 à 3, le débit d'eau d correspondant suit une courbe Z à pourcentage pratiquement constant d'eau dans l'émulsion (30,5%), les écarts étant inférieurs à + 1,5%. La pression d'injection d'eau est de 2,4 bars. La courbe Y représente la variation de la pression des retours (A + B) en fonction de D.
Les avantages de l'appareil décrit sont nombreux. On peut citer notamment:
- absence de pertes de charge à l'aspiration de la pompe P sur l'admission du fluide (B) et par suite l'élimination des risques de cavitation de celle-ci;
- action directe d'une variation de pression d'amplitude importante sur un seul (A) des deux fluides à doser, d'où une simplicité intéressante et une grande fiabilité;
- réglage de débit instantané du fluide A s'effectuant par une variation de pression en amont d'un orifice calibré 43 d'où une très grande précision de dosage si l'injecteur est d'un type qui n'entraine qu'une faible variation de débit pour une variation de pression importante;
- arrivées concentriques des fluides permettant un mélange très fin et très homogène;
;
- très faible encombrement de l'appareil permettant son adaptation directe sur le corps de pompe P (fig. 3) éliminant ainsi toute tuyauterie de liaison dans laquelle des dépôts peuvent se produire et altérer la qualité du mélange et donc de l'émulsion;
- possibilité de procéder à l'entretien de l'appareil sans m difier les réglages effectués;
- sécurité interdisant l'introduction du fluide B ou du mélange A + B dans le réseau du fluide A par suite d'une chute accidentelle de pression dans ce dernier;
- simplicité de la conception technologique de l'appareil permettant un prix de revient faible.
Le procédé décrit peut s'appliquer également à la régulation de débit d'un brûleur du type dit modulant utilisant des gicleurs à débit variable.