EP1478467A1 - Detecteur acoustique d'obstruction dans un dispositif d'ecoulement de fluide par vortex - Google Patents

Detecteur acoustique d'obstruction dans un dispositif d'ecoulement de fluide par vortex

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EP1478467A1
EP1478467A1 EP02702192A EP02702192A EP1478467A1 EP 1478467 A1 EP1478467 A1 EP 1478467A1 EP 02702192 A EP02702192 A EP 02702192A EP 02702192 A EP02702192 A EP 02702192A EP 1478467 A1 EP1478467 A1 EP 1478467A1
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EP
European Patent Office
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hydrocyclone
fluid
acoustic probe
sand
outlet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02702192A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Patrick Binot
Alain Gadbois
Georges Germa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Original Assignee
John Meunier Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by John Meunier Inc filed Critical John Meunier Inc
Publication of EP1478467A1 publication Critical patent/EP1478467A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • This invention relates to physico-chemical systems for the treatment of industrial water, and in particular to an acoustic detection system in the extreme extremes of non-standard densitometric fluctuations of an insoluble and liquid solid-component circulatory fluid involved in such a system. water treatment.
  • this service water does not come from a municipality's drinking water system, but rather directly from a natural source of raw water such as a lake or a river. Therefore, variations in raw water quality from natural water sources require pretreatment to clarify the water and to stabilize this clarified water at a level below drinking water standards.
  • Such pre-treatment of raw water may for example comprise a settling process in a water filtration unit comprising settling ponds connected in series.
  • a coagulation reagent may first be injected with raw water upstream of the water filtration unit. The water then enters a basin of rapid mixing where the colloidal particles are destabilized. The coagulated raw water then goes to the injection stage of a polymer and fine sand. This sand serves as ballast to the flakes. The addition of polymer and moderate agitation accelerate the formation of bonds between micro-flakes, suspended matter and fine sand. Larger and denser flakes are trained.
  • the sand-weighted flakes can settle rapidly in the lamellar zone, and end in the hopper or thicken the sludge.
  • the clarified water is collected by a series of chutes, while the sludge at the bottom of the hopper is pumped continuously to a hydrocyclone, allowing the separation of sand and flakes.
  • the function of the hydrocyclone is to reintroduce the sand into the injection basin and to evacuate the sludge.
  • fine sand typically between 20 and 300 micrometers particle size
  • coagulation zone which is kept turbulent and in which is mixed with this water in a controlled proportion a coagulating reagent
  • This water treatment process treats turbidity, color, olfactory and taste characteristics, algae growth, suspended solids and metals.
  • a problem associated with such a settling system occurs when the hydrocyclone clogs with the sludge, which prevents the fine sand from borrowing the hydrocyclone outlet and causing the fine sand to flow back into the overflow outlet. with the sludge that had to be separated from the fine sand. The sand is no longer recycled in the circuit, which leads to the degradation of the water treatment process. For the moment, only the passage in front of the hydrocyclone of the operator in a regular way with visual controls, makes it possible to prevent this kind of problem, which represents high costs in manpower not to mention a reliability not guarantee.
  • the main object of the invention is therefore to provide a means for detecting signals before hydrocyclone blocking runners of an industrial water treatment unit, before this occurs, which makes it possible to alert the maintenance service to correct the situation before the beginning of the degradation of the water treatment process begins.
  • a more specific purpose is to provide such a means of detecting blocking warning signals of this hydrocyclone, which will improve the control of abnormal losses of fine sand used to maintain a method of decanting raw water with recycling sand, in optimal operating mode.
  • a corollary aim of the invention is to propose an improvement to the raw water treatment unit by settling after fine sand ballasting, as described in the European patent application No. EP 954000873.6 filed on April 19
  • An important object of the invention is to ensure consistent quality over time of clarified water by the raw water treatment unit described in EP 95400873.6, supra, regardless of the conditions upstream of raw water.
  • the invention relates in particular to a device for acoustically controlling the densimetric fluctuations of a fluid comprising fine sand and sludge and being able to circulate through a hydrocyclone, the hydrocyclone permitting the segregation of fine sand from the sludge of said fluid and comprising a tubular body.
  • control device consisting of: a) a acoustic probe, sensitive to noise radiated by the flow of said sandy fluid in the hydrocyclone and intended to be applied against the outer pardi of said body of the hydrocyclone generally in the plane of sadite fluid inlet, said acoustic probe being sensitive at least at very low frequencies; and b) a microprocessor, operably connected to said acoustic probe and capable of transmitting an alert signal when said acoustic probe detects a non-standard amplitude variation of said radiated noise exceeding a threshold value.
  • Said warning signal can be transmitted when said acoustic probe detects in high amplitude a 1/3 octave band centered on a frequency of 25 Hertz or 200 Hz.
  • the invention also relates to a hydrocyclone for recycling fine sand used in an industrial water clarification unit, the hydrocyclone comprising: a) a tubular body having an outer wall and having at a first end a fluid inlet, to receive sludge and fine sand, a first sludge outlet transverse to said fluid inlet, for discharging said sludge, and at a second end a second sand outlet, for recovering said sand; b) an acoustic sensor, sensitive to noise radiated by the flow of said fluid in the hydrocyclone and applied against said outer wall of said body of the hydrocyclone, generally in the plane of said fluid inlet, said acoustic probe being sensitive at least at low frequencies between 25 and 500 Hertz; and c) a microprocessor, operably connected to said acoustic probe and capable of transmitting an alert signal when said acoustic probe detects an amplitude variation of said radiated noise exceeding a threshold value.
  • Said acoustic probe could also be sensitive to the flow of fluid through said first outlet (overflow) of fluid.
  • Said acoustic probe will preferably occupy a position on said hydrocyclone at an angle of about 45 degrees to a longitudinal axis formed by said fluid inlet.
  • Said acoustic probe may be a sub-centimeter microphone, and then will further include a flexible elastomeric adapter, anchoring said microphone to said outer body wall of the hydrocyclone.
  • the present invention also provides a method for determining flow parameters of a solid and liquid component fluid in a hydrocyclone, comprising the steps of: a) passing said fluid through an inlet of said hydrocyclone; b) creating a vortex inside said hydrocyclone, in order to segregate said fluid into a first pasty component, discharged through a first outlet of the hydrocyclone, and a second solid component, recovered through a second outlet of the hydrocyclone; hydrocyclone; c) detecting by means of an acoustic probe the noise radiated by the flow of said fluid in the vortex of the hydrocyclone; d) subjecting said radiated noise to a radio frequency analysis, and isolating the frequencies within the range of 25 to 500
  • said transmission of the warning signal could be delayed until a 1/3 octave band centered on a frequency of 25 Hertz or 200 Hertz at a level exceeding said threshold value amplitude.
  • the invention also relates to a device for electromagnetic control of the densimetric fluctuations of a fluid with solid and liquid components that can circulate through a hydrocyclone, the hydrocyclone permitting the segregation of the solid component of the fluid and comprising a tubular body having a first end a fluid inlet and a first outlet for the liquid component of said fluid transverse to said fluid inlet, and at a second end a second outlet for the solid component of said fluid, said control device consisting of: a) means electromagnetic sensors capable of remotely detecting electromagnetic emission generated by the flow of fluid in the hydrocyclone; and b) a data processing unit, operably connected to said electromagnetic means and capable of transmitting an alert signal when said electromagnetic means detect a non-standard amplitude variation of said electromagnetic emission.
  • Figure 1 is a vertical section of a water clarification unit, comprising a fluid recirculation pipe with hydrocyclone;
  • Figure 2 shows an enlarged elevational view of the hydrocyclone of Figure 1;
  • Figure 3 is a broken longitudinal sectional view of the two opposite end portions of the hydrocyclone of Figure 2, and showing the acoustic probe according to the invention; and Fig. 4 is a cross-sectional view of the upper portion of the hydrocyclone, including the acoustic probe and its electrical control box. DESCRIPTION OF THE PREFERRED MODEL OF THE INVENTION
  • FIG. 1 of the drawings shows an industrial water treatment unit.
  • This unit 10 is for example prefabricated stainless steel.
  • Unit 10 supports a water clarification process comprising:
  • the unit 10 thus comprises at a first end a first coagulation tank 12.
  • This tank 12 is supplied with raw water E through an inlet 14a formed at an intermediate section in height of a vertical wall 14 of the unit 10.
  • a coagulation reagent (not shown) is injected into the raw water upstream of the unit 10.
  • the coagulated raw water passes in a second injection basin, 18, in which polymers (not shown) and fine sand S are injected into coagulated raw water to form flakes.
  • Fine sand S serves as flake ballast. The addition of polymers and moderate agitation accelerate the formation of bonds between microflakes, suspended matter and fine sand.
  • the sludge consisting of flakes and sand S sediment and accumulate by gravity at the bottom of the hopper 26A, while the clarified water is collected in an upper basin 28 to be discharged through a washing water outlet 30 to be recovered economically afterwards.
  • Some of the water clarified can also be filtered by a gravity filter 32, before being discharged through a filtered water outlet 33 at the bottom of the unit 10 and recovered economically thereafter.
  • a line 34 with circulatory pump 36 connects the bottom of the hopper 26A to a point vis-à-vis the upper surface of the injection basin 18 spaced therefrom.
  • a hydrocyclone 38 is installed at the upper end of the pipe 34, so that the sludge at the bottom of the hopper 26A can be pumped continuously to this hydrocyclone 38.
  • the function of the hydrocyclone 38 is to separate the flocs from the Sand S, and therefore comprises an upstream inlet 38A, a first downstream outlet 38B, called the hydrocyclone, to return and recover economically by vortexing the fine sand S in the injection basin 18, and a second downstream outlet 38C, said overflow, of the hydrocyclone, to evacuate by vortex and throw through another pipe 40 the flakes without sand.
  • the outlet 38C forms a pipe whose upstream portion 39 of its lumen is of restricted diameter, and thus forming a bottleneck with respect to its opposite downstream portion.
  • this upstream portion 39 of overflow outlet tubing 38C is internally offset in the body 42 of the hydrocyclone 38 relative to the inlet 38A, so that the fluids coming from the inlet 38A can not penetrate through the upstream portion 39 of the overflow outlet 38C, unless it has traveled along baffles or vortex streams 41 in the vortex 43 of the hydrocyclone 38.
  • FIG. 2 shows a hydrocyclone 38, comprising a conical body 42 having an inner surface 42A and an outer surface 42B delimiting a conical inner lumen 47.
  • the inlet 38A is transverse to the longitudinal axis of the conical body 42, while the outlets 38B and 38C are coaxial with this longitudinal axis.
  • the inlet 38A and the sludge outlet 38B are coaxial with each other.
  • the input 38 A will for example be horizontal, while the outputs 38B, 38C, will for example be vertical.
  • an acoustic probe 44 (FIGS. 3 and 4) is installed against the outer wall 42B of the conical body with respect to the inlet 38 A. This acoustic probe 44 occupies the same transverse plane as the entry 38A.
  • This control box 46 is connected to this probe 44 by an electrical wire 48.
  • This control box 46 may include a small microprocessor 50, which can control an alarm tone (not shown) when certain predetermined acoustic parameters are reached.
  • the acoustic probe 44 may consist of a microphone of about 0.6 cm, for example the MFS 100 model of the American company GREYLINE INSTRUMENTS, inc. (Massena, New York). This model MFS 100 is effective on a fluid pipe with a minimum diameter of 6.5 millimeters.
  • a switch in this microphone 44 will respond to noise radiated in the hydrocyclone 38 by the fluid flow, when this noise will exceed an adjustable preset level, detect it, amplify it, and then control a control relay.
  • This microphone will be installed on the outer wall 42B of the hydrocyclone, with a simple greenhouse; there will be no direct contact with the circulating fluid, no obstruction with it. There is no hole to be drilled in the wall of the hydrocyclone 38.
  • This microphone 44 is however modified to be sensitive to the extreme low frequencies, namely, below 500 Hz.
  • This microphone 44 may be applied to the outer wall 42B of the feed flute 45 of the hydrocyclone, and in particular in the region of the vortex 43 as illustrated in FIGS. 3 and 4, via a flexible elastomeric adapter, for example made of neoprene, in order to establish close contact with the different fluid flow zones of the hydrocyclone to be monitored, while minimizing the contribution of the background noise (such as pumps, stirrers, compressors, and the like) at this microphone.
  • the microprocessor 50 may, for example, be provided with either 16-bit two-channel analysis software per via a programmable preamplifier; a second microprocessor (not shown) could be used in parallel with the first, and would then be connected to a second data acquisition system channel via a sound level meter.
  • the co-inventors have unexpectedly detected large variations in the amplitude of the sound levels in the third octaves of frequencies present in the range between 25 and 500 Hertz, and in particular in the third octave around 25 Hz or 200 Hz where the system appeared to resonate, especially at the level of the vortex 43 or overflow 38C of the hydrocyclone 38.
  • Such a situation allows the detection of clogging of this hydrocyclone 38 even before it starts the evacuation of the sand S to the overflow 38C, along with the mud.
  • the hydrocyclone 38 may be coated with elastomer gaskets, for example neoprene or polyurethane.
  • the present acoustic detection system for changes in fluid flow parameters is not limited to industrial water treatment with hydrocyclone, but could extend to other similar domains, including a component fluid.
  • we talk about fine sand we do not exclude any granular material not soluble in the liquid of the circulatory fluid.
  • sludge it may mean all kinds of natural debris or not, macro or microparticulate, linked together more or less loose as a deformable set like a paste or the like.

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Abstract

Sonde acoustique 44 pour identifier le blocage d'un hydrocyclone pour recycler le sable fin utilisé dans une unité de clarification d'eau industrielle. L'hydrocyclone comprend un corps cylindrique ayant une paroi extérieure et ayant à une premiíre extrémité une entrée de fluide sablonneux, pour recevoir des boues et du sable fin une premiíre sortie surverse de fluide non sablonneux orthogonale à l'entrée de fluide, pour évacuer ces boues, et à une seconde extrémité une seconde sortie souverse de fluide sablonneux coaxiale à la premiíre sortie de fluide, pour récupérer ce sable. La sonde acoustique est sensible au bruit rayonné par l'écoulement du fluide sablonneux dans l'hydrocyclone et est appliquée contre la paroi extérieure du corps cylindrique de l'hydrocyclone, dans le plan de l'entrée de fluide mais non coaxialement à celle-ci. Cette sonde acoustique transmet un signal d'alerte lorsqu'une variation hors norme d'amplitude du niveau sonore est mesurée dans les bandes de 1/3 d'octave centrées sur des fréquences de 25 Hz ou de 200 Hz.

Description

TITRE : DETECTEUR ACOUSTIQUE D'OBSTRUCTION DANS UN DISPOSITIF D'ECOULEMENT DE FLUIDE PAR VORTEX
DOMAINE DE L'INVENTION
Cette invention a trait aux systèmes physico-chimiques de traitement des eaux industrielles, et en particulier à un système de détection acoustique dans les extrêmes graves de fluctuations densimétriques hors normes d'un fluide circulatoire à composantes solide insoluble et liquide intervenant dans un tel système de traitement d'eaux.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Dans certains secteurs industriels, tels l'industrie des pâtes et papiers, de l'agro-alimentaire, de la métallurgie ou de la pétrochimie, une grande quantité d'eau de service est requise. Pour des raisons de coût, cette eau de service ne vient pas du réseau d'eau potable d'une municipalité, mais plutôt directement d'une source naturelle d'eau brute comme un lac ou une rivière. Par conséquent, les variations de la qualité d'eau brute en provenance de sources naturelles d'eau nécessitent un prétraitement pour clarifier l'eau et pour stabiliser cette eau clarifiée, à un niveau en deçà des normes d'eau potable.
Un tel pré-traitement d'eau brute peut par exemple comprendre un procédé de décantation dans une unité de filtration d'eau comprenant des bassins de décantations reliés en série. Dans un tel procédé de décantation, un réactif de coagulation pourra d'abord être injecté à l'eau brute en amont de l'unité de filtration d'eau. L'eau entre alors dans un bassin de mélange rapide où les particules colloïdales sont déstabilisées. L'eau brute coagulée passe alors à l'étape de l'injection d'un polymère et de sable fin. Ce sable sert de lest aux flocons. L'ajout de polymère et une agitation modérée accélèrent la formation de liens entre les micro-flocons, la matière en suspension et le sable fin. Des flocons plus gros et plus denses sont ainsi formés. Les flocons lestés par le sable peuvent décanter rapidement dans la zone lamellaire, et aboutissent dans la trémie ou s'épaississent les boues. L'eau clarifiée est recueillie par une série de goulottes, alors que les boues qui sont au fond de la trémie sont pompées en continu vers un hydrocyclone, permettant la séparation du sable et des flocons. L'hydrocyclone a ainsi pour fonction de réintroduire le sable dans le bassin d'injection et d'évacuer les boues. En effet, le sable fin (typiquement entre 20 et 300 micromètres de granulométrie) est un élément important dans le bon fonctionnement efficace d'un tel système de traitement des eaux industrielles.
Ainsi, dans la demande de brevet européen publiée le 8 novembre
1995 sous le numéro 680 933 au nom de la société française OTV Omnium de Traitements et de Valorisation, il est décrit un tel procédé de traitement d'un écoulement d'eau brute chargée en particules et colloïdes, dans lequel on suit les étapes suivantes:
a) on fait circuler cette eau brute dans une première zone dite zone de coagulation, que l'on maintient turbulente et dans laquelle on mélange à cette eau dans une proportion contrôlée un réactif coagulant;
b) on fait circuler l'écoulement coagulé;
c) on ajoute du sable fin, à granulométrie entre 20 à 300 micromètres, dans une seconde zone intermédiaire de floculation et de maturation;
d) on injecte un agent floculant dans cette zone intermédiaire;
e) on maintient dans cette zone intermédiaire des turbulences propres à maintenir ce sable fin en suspension tandis que des colloïdes ou particules de l'eau brute s'agrègent autour des particules de sable fin;
f) on fait circuler l'eau brute, y compris tout le sable fin ajouté et les colloides ou particules qui y sont agrégés, dans une troisième zone de décantation, où on sépare un effluent décanté et des boues constituées du sable fin et des colloides agrégés; g) on recueille les boues;
h) on extrait le sable fin par procédé notamment d'hydrocyclonage, des boues;
i) on recycle en amont le sable fin; et
j) on extrait les boues purgées du sable.
Ce procédé de traitement de l'eau traite la turbidité, la couleur, les caractéristiques olfactives et gustatives, la prolifération d'algues, les matières en suspension et les métaux.
Un problème associé à un tel système de décantation intervient lorsque l'hydrocyclone se bouche avec les boues, ce qui empêche le sable fin d'emprunter la sortie souverse de l'hydrocyclone et ce qui entraîne le reflux du sable fin dans la sortie de surverse avec les boues qui devaient être séparées du sable fin. Le sable n'étant plus recyclé dans le circuit, cela entraîne la dégradation du procédé de traitement des eaux. Pour l'instant, seul le passage devant l'hydrocyclone de l'opérateur de manière régulière avec des contrôles visuels, permet de prévenir ce genre de problème, ce qui représente des coûts élevés en main d'oeuvre sans parler d'une fiabilité non garantie.
Dans ce contexte, on sait que le mouvement d'un fluide dans une conduite produit un bruit rayonné dans la fourchette entre 1 Hertz (Hz) et 100 kiloHz. Le bruit de fond généré par les pompes et la machinerie se trouve habituellement sous 5,000 Hz, alors que les fréquences sonores plus élevées, soit entre 5,000 et 50,000 Hz, fournissent habituellement les indices recherchés concerant le taux d'écoulement de fluide. Par conséquent, les systèmes connus de surveillance de bruit rayonné dans une conduite dans laquelle circule un fluide, ignorent les fréquences inférieures à 5,000 Hz.
BUTS DE L'INVENTION
Le but principal de l'invention est donc de proposer un moyen pour permettre de détecter des signaux avant coureurs de blocage de l'hydrocyclone d'une unité de traitement des eaux industrielles, avant que cela se produise, ce qui permet d'alerter le service de maintenance pour corriger la situation avant que le début de la dégradation du procédé de traitement des eaux ne commence.
Un but plus spécifique est de prévoir un tel moyen de détection de signaux avant-coureurs de blocage de cet hydrocyclone, qui permettra l'amélioration du contrôle des pertes hors normes du sable fin utilisé pour maintenir un procédé de décantation d'eau brute avec recyclage du sable, en mode de fonctionnement optimal.
Un but corollaire de l'invention est de proposer une amélioration à l'unité de traitement d'eau brute par décantation après lestage au sable fin, telle que décrite dans la demande de brevet européen No EP 954000873.6 déposée le 19 avril
1995 au nom de la société française OTV, supra, et dont l'un des co-inventeurs est également co-inventeur dans la présente demande de brevet.
Un but important de l'invention est d'assurer une constance de qualité dans le temps de l'eau clarifiée par l'unité de traitement d'eau brute décrite dans la demande EP 95400873.6, supra, quelles que soient les conditions en amont de l'eau brute.
D'autres buts de l'invention sont que ces moyens de détection soient simples à utiliser, de faible coût, fiables et d'entretien facile. SOMMAIRE DE L'INVENTION
Compte tenu du but de l'invention, l'on prévoit d'installer une sonde acoustique contre la paroi extérieure de la zone vortex de l'hydrocyclone d'une unité de clarification d'eaux industrielles, afin de mesurer le bruit rayonné en extrêmes basses fréquences (moins de 500 Hz) au niveau de l'hydrocyclone lors de la séparation du sable et des boues.
L'invention concerne notamment un dispositif de contrôle acoustique des fluctuations densimétriques d'un fluide comprenant du sable fin et des boues et pouvant circuler au travers un hydrocyclone, l'hydrocyclone permettant la ségrégation de sable fin des boues dudit fluide et comprenant un corps tubulaire ayant une paroi extérieure et ayant à une première extrémité une entrée dudit fluide et une première sortie de boues transversale à ladite entrée de fluide, et à une seconde extrémité une seconde sortie de sable, ledit dispositif de contrôle étant constitué: a) d'une sonde acoustique, sensible au bruit rayonné par l'écoulement dudit fluide sablonneux dans l'hydrocyclone et destinée à être appliquée contre la pardi extérieure dudit corps de l'hydrocyclone généralement dans le plan de sadite entrée de fluide, ladite sonde acoustique étant sensible au moins aux très basses fréquences; et b) d'un microprocesseur, relié de façon fonctionnelle à ladite sonde acoustique et susceptible de transmettre un signal d'alerte lorsque ladite sonde acoustique détecte une variation d'amplitude hors norme dudit bruit rayonné excédant une valeur seuil.
Ledit signal d'alerte peut être transmis lorsque ladite sonde acoustique détecte en forte amplitude une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence de 25 Hertz ou de 200 Hz.
L'invention a également trait à un hydrocyclone pour recycler du sable fin utilisé dans une unité de clarification d'eau industrielle, l'hydrocyclone comprenant: a) un corps tubulaire ayant une paroi extérieure et ayant à une première extrémité une entrée de fluide, pour recevoir des boues et du sable fin, une première sortie de boues transversale à ladite entrée de fluide, pour évacuer ces boues, et à une seconde extrémité une seconde sortie de sable, pour récupérer ledit sable; b) une sonde acoustique, sensible au bruit rayonné par l'écoulement dudit fluide dans l'hydrocyclone et appliquée contre ladite paroi extérieure dudit corps de l'hydrocyclone, généralement dans le plan de ladite entrée de fluide, ladite sonde acoustique étant sensible au moins aux basses fréquences entre 25 et 500 Hertz; et c) un microprocesseur, relié de façon fonctionnelle à ladite sonde acoustique et susceptible de transmettre un signal d'alerte lorsque ladite sonde acoustique détecte une variation d'amplitude dudit bruit rayonné excédant une valeur seuil.
Ladite sonde acoustique pourrait également être sensible à l'écoulement de fluide au travers ladite première sortie (surverse) de fluide. Ladite sonde acoustique occupera préférablement une position sur ledit hydrocyclone faisant un angle d'environ 45 degrés par rapport à un axe longitudinal formé par ladite entrée de fluide. Ladite sonde acoustique pourra être un microphone sub- centimétrique, et comprendra alors au surplus un adaptateur élastomérique souple, ancrant ledit microphone à ladite paroi extérieure de corps de l'hydrocyclone.
La présente invention vise également une méthode de détermination de paramètres d'écoulement d'un fluide à composantes solide et liquide dans un hydrocyclone, comprenant les étapes suivantes: a) faire passer ledit fluide par une entrée dudit hydrocyclone; b) créer un vortex à l'intérieur dudit hydrocyclone, afin d'obtenir une ségrégation dudit fluide en une première composante pâteuse, évacuée par une première sortie de l'hydrocyclone, et une seconde composante solide, récupérée au travers une seconde sortie de l'hydrocyclone; c) détecter au moyen d'une sonde acoustique le bruit rayonné par l'écoulement dudit fluide dans le vortex de l'hydrocyclone; d) soumettre ledit bruit rayonné à une analyse de fréquences hertziennes, et isoler les fréquences à l'intérieur de la fourchette entre 25 et 500
Hertz; e) évaluer l'amplitude des variations du niveau sonore dudit bruit rayonné en fonction d'une période de temps donnée; et f) transmettre un signal d'alerte lorsque ladite amplitude des variations de niveau sonore de bruit rayonné excède une valeur seuil. Dans le cas où la composante solide dudit fluide comprendrait du sable fin à granulométrie variant entre 20 et 300 micromètres, ladite transmission du signal d'alerte pourrait être différée jusqu'à ce que soit isolée une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence de 25 Hertz ou de 200 Hertz à un niveau excédant ladite amplitude de valeur seuil.
L'invention a également trait à un dispositif de contrôle électromagnétique des fluctuations densimétriques d'un fluide à composantes solide et liquide pouvant circuler au travers un hydrocyclone, l'hydrocyclone permettant la ségrégation de la composante solide du fluide et comprenant un corps tubulaire ayant à une première extrémité une entrée de fluide et une première sortie pour la composante liquide dudit fluide transversale à ladite entrée de fluide, et à une seconde extrémité une seconde sortie pour la composante solide dudit fluide, ledit dispositif de contrôle étant constitué: a) de moyens électromagnétiques susceptible de détecter à distance une émission électromagnétique générée par l'écoulement du fluide dans l'hydrocyclone; et b) d'une unité de traitement de données, reliée de façon fonctionnelle auxdits moyens électromagnétiques et susceptibles de transmettre un signal d'alerte lorsque lesdits moyens électromagnétiques détectent une variation d'amplitude hors norme de ladite émission électromagnétique.
DESCRIPTION DES FIGURES DE DESSINS
La figure 1 est une section verticale d'une unité de clarification d'eau, comprenant une canalisation de recirculation de fluide avec hydrocyclone; La figure 2 montre une vue agrandie en élévation de l'hydrocyclone de la figure 1 ;
La figure 3 est une vue en section longitudinale brisée des deux portions d'extrémités opposées de l'hydrocyclone de la figure 2, et montrant la sonde acoustique selon l'invention; et La figure 4 est une vue en coupe transversale de la portion supérieure de l'hydrocyclone, y compris la sonde acoustique et sa boîte de contrôle électrique. DESCRIPTION DU MODELE PREFERE DE L'INVENTION
La figure 1 des dessins montre une unité de traitement des eaux industrielles. Cette unité 10 est par exemple préfabriquée en acier inoxydable.
L'unité 10 supporte un procédé de clarification d'eau comprenant:
a) la coagulation et la floculation assistée par sable fin (à granulométrie inférieureà 300 micromètres), ce qui favorisera la formation de flocons lestés ainsi que l'augmentation des vitesses de chute des flocons lors de la décantation; et
b) la décantation lamellaire, qui permet une réduction considérable de la surface du bassin de décantation.
L'unité 10 comprend ainsi à une première extrémité un premier bassin de coagulation 12. Ce bassin 12 est alimenté en eau brute E au travers une entrée 14a ménagée à une section intermédiaire en hauteur d'une paroi verticale 14 de l'unité 10. Un réactif de coagulation (non représenté) est injecté à l'eau brute en amont de l'unité 10. Sous l'effet d'un agitateur motorisé rotatif 16, installé dans le bassin de coagulation 12, l'eau brute coagulée passe ensuite dans un second bassin d'injection, 18, dans lequel des polymères (non représenté) et du sable fin S sont injectés à l'eau brute coagulée pour former des flocons. Le sable fin S sert de lest aux flocons. L'ajout de polymères et une agitation modérée accélèrent la formation de liens entre les microflocons, la matière en suspension et le sable fin. Sous l'effet d'un autre agitateur motorisé rotatif 20 installé dans le bassin 18, il y a migration vers un troisième bassin de maturation 22, puis sous l'action d'un autre agitateur 24, les flocons lestés par le sable S décantent rapidement dans une cuvette lamellaire 26.
Les boues constituées des flocons et du sable S sédimentent et s'accumulent par gravité au fond de la trémie 26A, alors que l'eau clarifiée est recueillie dans un bassin supérieur 28 pour être évacuée par une sortie d'eau de lavage 30 pour être récupérée économiquement par la suite. Une partie de l'eau clarifiée peut également être filtrée par un filtre gravitaire 32, avant d'être évacuée par une sortie d'eau filtrée 33 au fond de l'unité 10 et récupérée économiquement par la suite.
Une canalisation 34 avec pompe circulatoire 36 relie le fond de la trémie 26A à un point vis-à-vis la surface supérieure du bassin d'injection 18 espacé de celle-ci. Un hydrocyclone 38 est installé à l'extrémité supérieure de la canalisation 34, de sorte que les boues se trouvant au fond de la trémie 26A puissent être pompées en continu vers cet hydrocyclone 38. L'hydrocyclone 38 a pour fonction de séparer les flocons du sable S, et comporte donc une entrée amont 38A, une première sortie aval 38B, dite de souverse, de l'hydrocyclone, pour retourner et récupérer économiquement par effet de vortex le sable fin S dans le bassin d'injection 18, et une seconde sortie aval 38C, dite de surverse, de l'hydrocyclone, pour évacuer par effet vortex et jeter par une autre canalisation 40 les flocons dépourvus de sable.
La sortie 38C forme une tubulure dont la portion amont 39 de sa lumière est de diamètre restreint, et donc formant goulot d'étranglement par rapport à sa portion aval opposée. Comme représenté à la figure 3 des dessins, cette portion amont 39 de tubulure de sortie de surverse 38C, est déportée intérieurement dans le corps 42 de l'hydrocyclone 38 par rapport à l'entrée 38 A, de sorte que les fluides en provenance de l'entrée 38A ne puissent pas pénétrer par la portion amont 39 de la sortie surverse 38C, à moins d'avoir cheminé le long de chicanes ou courants tourbillonnaires 41 dans le vortex 43 de l'hydrocyclone 38.
La figure 2 montre un hydrocyclone 38, comprenant un corps conique 42 ayant une surface intérieure 42A et une surface extérieure 42B délimitant une lumière intérieure conique 47. L'entrée 38A est transversale à l'axe longitudinal du corps conique 42, alors que les sorties 38B et 38C sont coaxiales à cet axe longitudinal. L'entrée 38A et la sortie des boues 38B sont coaxiales l'une à l'autre. L'entrée 38 A sera par exemple horizontale, alors que les sorties 38B, 38C, seront par exemple verticales. Selon l'invention, une sonde acoustique 44 (figs 3 et 4) est installée contre la paroi extérieure 42B du corps conique vis-à-vis l'entrée 38 A. Cette sonde acoustique 44 occupe le même plan transversal que l'entrée 38A de l'hydrocyclone 38, mais n'est pas coaxiale avec cette entrée 38 A. On observe une optimisation suφrenante de la performance de la sonde acoustique 44 lorsque la position de la sonde 44 par rapport à l'axe longitudinal de l'entrée 38A produit un angle d'environ 45 degrés. Une boîte de contrôle électrique 46 est reliée à cette sonde 44 par un fil électrique 48. Cette boîte de contrôle 46 pourra comprendre un petit microprocesseur 50, qui pourra commander une sonnerie d'alarme (non représentée) lorsque certains paramètres acoustiques prédéterminés sont atteints.
La sonde acoustique 44 peut être constituée d'un microphone d'environ 0,6 centimètre, par exemple le modèle MFS 100 de la société américaine GREYLINE INSTRUMENTS, inc. (Massena, New York). Ce modèle MFS 100 est efficace sur une conduite fluide d'un diamètre minimal de 6,5 millimètres. Un commutateur dans ce microphone 44 réagira au bruit rayonné dans l'hydrocyclone 38 par l'écoulement de fluide, lorsque ce bruit dépassera un niveau préétabli ajustable, le détectera, l'amplifiera, pour ensuite commander un relais de commande. Ce microphone sera installé sur la paroi extérieure 42B de l'hydrocyclone, avec une simple serre; il n'y aura aucun contact direct avec le fluide en circulation, aucune obstruction avec celui-ci. Il n'y a aucun orifice à percer dans la paroi de l'hydrocyclone 38. Ce microphone 44 est cependant modifié pour être sensible aux fréquences d'extrême graves, à savoir, en dessous de 500 Hz.
Ce microphone 44 pourra être appliqué sur la paroi extérieure 42B de la flûte d'alimentation 45 de l'hydrocyclone, et en particulier dans la zone du vortex 43 tel qu'illustré sur les figures 3 et 4, par l'intermédiaire d'un adapteur élastomérique souple, par exemple en néoprène, afin d'établir un quasi contact avec les différentes zones d'écoulement de fluide de l'hydrocyclone à surveiller, tout en réduisant au minimum la contribution du bruit de fond (tels les pompes, agitateurs, compresseurs, et semblables) au niveau de ce microphone. Le microprocesseur 50 pourra par exemple être muni soit d'un logiciel d'analyse à deux canaux de 16 bits par l'intermédiaire d'un préamplificateur programmable; un second microprocesseur (non représenté) pourrait être utilisé en parallèle avec le premier, et serait alors relié à un second canal de système d'acquisition de données par l'intermédiaire d'un sonomètre.
Lorsque l'hydrocyclone 38 se bouche, on constate une perte de débit fluidique à la souverse 38B, et un rejet du sable S par la surverse 38C. Le débit fluidique exerce une influence sur la signature du bruit de l'hydrocyclone, car l'affluence et la concentration de sable dans la zone de vortex 43 provoquera une signature particulière détectable par la sonde acoustique 44.
Divers tests réalisés au moyen de cette sonde acoustique 44 ont permis de découvrir que, de façon suφrenante, l'analyse spectrale du signal au tiers d'octave en temps réel des signaux acoustiques en provenance notamment de la zone de vortex 43, mais également dans une moindre mesure de la zone de la surverse 38C, révélaient des changements d'amplitude de niveau sonore par rapport à la signature acoustique normale du bruit rayonné du fluide dans l'hydrocyclone, dans des bandes de très basses fréquences (inférieures à 500 Hz) lors du bouchage de l'hydrocyclone. On se rappelera du chapitre précédent d'état de la technique que les systèmes connus de surveillance de bruit rayonné par l'écoulement d'un fluide dans une conduite, évoluaient dans des fréquences supérieures à 5 kHz, et donc ignoraient les fréquences inférieures à 500 Hz.
En particulier, les co-inventeurs ont détecté de façon inattendue de grandes variations d'amplitude des niveaux sonores dans les tiers d'octaves de fréquences présentes dans la fourchette entre 25 et 500 Hertz, et en particulier dans les tiers d'octave autour de 25 Hz ou de 200 Hz où le système paraissait entrer en résonance, et ce au niveau notamment du vortex 43 ou de la surverse 38C de l'hydrocyclone 38. Une telle situation permet la détection du bouchage de cet hydrocyclone 38 avant même que ne commence l'évacuation du sable S à la surverse 38C, en même temps que la boue. L'hydrocyclone 38 pourra être revêtu de garnitures en élastomère, par exemple en néoprène ou en polyuréthane.
Bien entendu, le présent système de détection acoustiques des modifications de paramètres d'écoulement de fluide, n'est pas limité aux traitements des eaux industrielles avec hydrocyclone, mais pourrait s'étendre à d'autres domaines semblables, comprenant notamment un fluide à composantes solide immiscible s'écou- lant dans des canalisations reliées à un système créant des courants tourbillonnaires permettant de séparer la composante solide du fluide. Lorsqu'on parle de sable fin, on n'exclut pas tout matériau granulaire non soluble dans le liquide du fluide circulatoire. Quand on parle de boues, cela peut vouloir signifier toutes sorte de débris naturels ou non, macro ou microparticulaires, liés entre eux de façon plus ou moins lâche comme ensemble déformable comme une pâte ou semblable.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de contrôle acoustique des fluctuations densimétriques d'un fluide comprenant du sable fin et des boues et pouvant circuler au travers un hydrocyclone, l'hydrocyclone permettant la ségrégation de sable fin des boues dudit fluide et comprenant un coφs tubulaire ayant une paroi extérieure et ayant à une première extrémité une entrée dudit fluide et une première sortie de boues transversale à ladite entrée de fluide, et à une seconde extrémité une seconde sortie de sable, ledit dispositif de contrôle étant constitué:
a) d'une sonde acoustique, sensible au bruit rayonné par l'écoulement dudit fluide sablonneux dans l'hydrocyclone et destinée à être appliquée contre la paroi extérieure dudit coφs de l'hydrocyclone généralement dans le plan de sadite entrée de fluide, ladite sonde acoustique étant sensible au moins aux très basses fréquences; et b) d'un microprocesseur, relié de façon fonctionnelle à ladite sonde acoustique et susceptible de transmettre un signal d'alerte lorsque ladite sonde acoustique détecte une variation d'amplitude dudit bruit rayonné excédant une valeur seuil.
2. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal d'alerte est transmis lorsque ladite sonde acoustique détecte en forte amplitude une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence de 25 Hertz.
3. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal d'alerte est transmis lorsque ladite sonde acoustique détecte en forte amplitude une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence de 200 Hertz.
4. Hydrocyclone pour recycler du sable fin utilisé dans une unité de clarification d'eau industrielle, l'hydrocyclone comprenant: a) un coφs tubulaire ayant une paroi extérieure et ayant à une première extrémité une entrée de fluide, pour recevoir des boues et du sable fin, une première sortie de boues transversale à ladite entrée de fluide, pour évacuer ces boues, et à une seconde extrémité une seconde sortie de sable, pour récupérer ledit sable;
b) une sonde acoustique, sensible au bruit rayonné par l'écoulement dudit fluide dans l'hydrocyclone et appliquée contre ladite paroi extérieure dudit coφs de l'hydrocyclone, généralement dans le plan de ladite entrée de fluide, ladite sonde acoustique étant sensible au moins aux basses fréquences entre 25 et 500 Hertz; et
c) un microprocesseur, relié de façon fonctionnelle à ladite sonde acoustique et susceptible de transmettre un signal d'alerte lorsque ladite sonde acoustique détecte une variation d'amplitude dudit bruit rayonné excédant une valeur seuil.
5. Hydrocyclone selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit signal d'alerte est transmis lorsque ladite sonde acoustique détecte en forte amplitude une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence de 25 Hertz.
6. Hydrocyclone selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit signal d'alerte est transmis lorsque ladite sonde acoustique détecte en forte amplitude une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence de 200 Hertz.
7. Hydrocyclone selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite sonde acoustique est sensible à l'écoulement dudit fluide au travers ladite première sortie de boues.
8. Hydrocyclone selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite sonde acoustique occupe une position sur ledit hydrocyclone faisant un angle d'environ 45 degrés par rapport à un axe longitudinal formé par ladite entrée de fluide.
9. Hydrocyclone selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite sonde acoustique est un microphone sub-centimétrique, et comprenant au suφlus un adaptateur élastomérique souple, ancrant ledit microphone à ladite paroi extérieure de corps de l'hydrocyclone.
10. Hydrocyclone selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit signal d'alerte est transmis lorsque ladite sonde acoustique détecte en forte amplitude une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence sélectionnée parmi les fréquences de 25 Hertz et de 200 Hertz.
11. Hydrocyclone selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite sonde acoustique est sensible à l'écoulement de boues au travers ladite première sortie de boues.
12. Hydrocyclone selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que ladite sonde acoustique occupe une position sur ledit hydrocyclone faisant un angle d'environ 45 degrés par rapport à un axe longitudinal formé par ladite entrée de fluide.
13. Hydrocyclone selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite sonde acoustique est un microphone sub-centimétrique, et comprenant au suφlus un adaptateur élastomérique souple, ancrant ledit microphone à ladite paroi extérieure de coφs de l'hydrocyclone
14. Méthode de détermination de paramètres d'écoulement d'un fluide à composantes solide et liquide dans un hydrocyclone, comprenant les étapes suivantes: a) faire passer ledit fluide par une entrée dudit hydrocyclone;
b) créer un vortex à l'intérieur dudit hydrocyclone, afin d'obtenir une ségrégation dudit fluide en une première composante pâteuse, évacuée par une première sortie de l'hydrocyclone, et une seconde composante solide, récupérée au travers une seconde sortie de l'hydrocyclone;
c) détecter au moyen d'une sonde acoustique le bruit rayonné par l'écoulement dudit fluide dans le vortex de l'hydrocyclone; d) soumettre ledit bruit rayonné à une analyse de fréquences hertziennes, et isoler les fréquences à l'intérieur de la fourchette entre 25 et 500 Hertz;
e) évaluer l'amplitude des variations du niveau sonore dudit bruit rayonné en fonction d'une période de temps donnée; et
f) transmettre un signal d'alerte lorsque ladite amplitude des variations de niveau sonore de bruit rayonné excède une valeur seuil.
15. Méthode de détermination de paramètres d'écoulement d'un fluide selon la revendication 14, caractérisée en ce que ladite composante solide dudit fluide consiste en du sable fin à granulométrie variant entre 20 et 300 micromètres, et en ce que ladite transmission du signal d'alerte est différée jusqu'à ce que soit isolée une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence choisie parmi les fréquences de 25 Hertz et de 200 Hz, à un niveau excédant ladite amplitude de valeur seuil.
16. Dispositif de contrôle d'écoulement selon la revendication 1 , où la granulométrie du sable fin occupe une fourchette entre 20 et 300 micromètres.
17. Hydrocyclone selon la revendication 4, où la granulométrie du sable fin occupe une fourchette entre 20 et 300 micromètres.
18. Dispositif de contrôle électromagnétique des fluctuations densimétriques d'un fluide à composantes solide et liquide pouvant circuler au travers un hydrocyclone, l'hydrocyclone permettant la ségrégation de la composante solide du fluide et comprenant un coφs tubulaire ayant à une première extrémité une entrée de fluide et une première sortie pour la composante liquide dudit fluide transversale à ladite entrée de fluide, et à une seconde extrémité une seconde sortie pour la composante solide dudit fluide, ledit dispositif de contrôle étant constitué:
a) de moyens électromagnétiques susceptible de détecter à distance une émission électromagnétique générée par l'écoulement du fluide dans l'hydrocyclone; et b) une unité de traitement de données, reliée de façon fonctionnelle auxdits moyens électromagnétiques et susceptibles de transmettre un signal d'alerte lorsque lesdits moyens électromagnétiques détectent une variation d'amplitude hors norme de ladite émission électromagnétique.
19. Dispositif de contrôle selon la revendication 18, caractérisé en ce que lesdits moyens électromagnétiques consistent en des moyens acoustiques, en ce que ladite émission électromagnétique est un bruit rayonné, et en ce que ledit signal d'alerte est transmis par ladite unité de traitement lorsque ledit bruit rayonné évolue dans les fréquences d'extrême grave.
20. Dispositif de contrôle selon la revendication 19, où la transmission dudit signal d'alerte est différée jusqu'à ce que lesdits moyens acoustiques détectent en forte amplitude une bande de 1/3 d'octave centrée sur une fréquence choisie parmi les fréquences de 25 Hz et de 200 Hz.
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