EP2110597B1 - Dispositif et procédé d'introduction d'air dans un réservoir hydropneumatique - Google Patents

Dispositif et procédé d'introduction d'air dans un réservoir hydropneumatique Download PDF

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EP2110597B1
EP2110597B1 EP20090290255 EP09290255A EP2110597B1 EP 2110597 B1 EP2110597 B1 EP 2110597B1 EP 20090290255 EP20090290255 EP 20090290255 EP 09290255 A EP09290255 A EP 09290255A EP 2110597 B1 EP2110597 B1 EP 2110597B1
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EP
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valve
air
pressure
reservoir
tube
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Emile Roche
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Charlatte Reservoirs
Original Assignee
Charlatte Reservoirs
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00Pipe-line systems
    • F17D1/20Arrangements or systems of devices for influencing or altering dynamic characteristics of the systems, e.g. for damping pulsations caused by opening or closing of valves
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00Fluid handling
    • Y10T137/0318Processes
    • Y10T137/0396Involving pressure control
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    • Y10T137/8593Systems
    • Y10T137/85978With pump
    • Y10T137/85986Pumped fluid control
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    • Y10T137/85986Pumped fluid control
    • Y10T137/86002Fluid pressure responsive
    • Y10T137/86019Direct response valve
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/00Fluid handling
    • Y10T137/8593Systems
    • Y10T137/86389Programmer or timer

Definitions

  • the present invention relates to the field of devices for introducing air into a tank or hydropneumatic network equipping a hydraulic pipe, in particular, in a sewage or chemical liquids disposal network.
  • a hydropneumatic tank can be used as a surge tank of a pipeline or hydraulic network to compensate for the effects of depression and overpressure caused for example by a pump stop or closing a valve.
  • the operation of such a reservoir is known in particular from the document FR 2 416 417 .
  • the water or the pressurized liquid located in the lower part is surmounted by air or gas also under pressure and whose quantity must remain substantially constant for the correct operation of the apparatus is ensured. Indeed, if there is lack of air, the protection of the pipe is insufficient and, if there is too much air, there is risk of air escape in this pipe, what it must be avoided.
  • the document EP 0 617 227 discloses an air regulating system for hydropneumatic tank comprising an air introduction chamber which can be emptied by an evacuation solenoid valve. An air inlet solenoid valve in the chamber is open. Then we close the first two solenoid valves and opens a filling solenoid valve to drive air to the tank.
  • the solenoid valves are controlled by a control means connected to a detector which emits a signal in case of level higher water level at the detector.
  • This system requires a power supply, which can be expensive in remote areas of the power grid and causes the loss of a certain amount of liquid, which is not desirable in case of drinking water and should be avoided obviously in the case of other liquids.
  • the document EP 0 895 020 discloses an air introduction device for a hydropneumatic reservoir into which the air is introduced into a low pressure zone, such as upstream of a pump, by the opening of a solenoid valve.
  • a low pressure zone such as upstream of a pump
  • a solenoid valve The losses of liquid are suppressed but a power supply is necessary and the control of the introduction of air is done by sensors of liquid level in contact with the latter so that the operation can be disturbed, by deposits in case of pumping of polluted water.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages.
  • the present invention aims to improve the introduction of air into a hydropneumatic reservoir.
  • the present invention aims to introduce a suitable amount of air when the need arises.
  • the device for introducing air into a hydropneumatic reservoir then comprises a sensor of the pressure in the hydropneumatic reservoir, a valve controlled by a signal coming from the sensor and opening in the open air on one side, a tube connected by a end to the valve and the opposite end to a pipe connected to the tank.
  • a first valve is disposed in the tube to prevent the passage of liquid in the tube to the valve and a second valve is disposed in the pipe between the reservoir and the tube. The second valve is closed when a pump mounted on the line is stopped and opened when the pump starts and runs. In this way, a mechanical air intake is triggered when the air pressure in the tank becomes too low. The presence of a power supply is no longer necessary.
  • the pipe may be a large diameter pipe, for example between 100 and 2500 mm, the hydropneumatic reservoir provides the anti-ram protection.
  • the tube may have a small diameter, of the order of a few tens of millimeters, for example from 5 to 40 mm.
  • the pipe opens into the tank at an altitude greater than that at which the tube opens into the pipe. This promotes the migration of the air introduced by the tube into the pipe to the tank.
  • the device comprises an air trap.
  • the air trap directs the air introduced into the pipe to the tank.
  • the senor comprises adjusting masses. It is thus possible, during commissioning, to make a fine adjustment adapted to the actual characteristics of the liquid network which always differ somewhat from the nominal characteristics.
  • the senor comprises at least one elastic adjustment element, for example, a spring.
  • the senor comprises a piston and a cylinder, one being fixed and the other mobile.
  • a control part of the valve can be connected to the moving part.
  • the connection can be provided directly, by means of a lever, for example an articulated lever arm.
  • the senor is connected to the valve by a lever arm.
  • the lever arm can be graduated. Adjustment masses can be arranged on the arm. It is thus possible to adjust in a manner similar to the use of a Roman scale.
  • valve is electrically operable.
  • the device comprises an electrical connection with the sensor.
  • the device may include an adjustment of the opening time of the valve.
  • the adjustment can be made on the pressure sensor or connected to the pressure sensor.
  • the device comprises a timed control member between the opening and closing of the valve.
  • the senor comprises a bellows disposed between a solid plate and a perforated plate.
  • the perforated plate can open into the tank.
  • a chamber can be defined between the bellows, the solid plate and the perforated plate.
  • the solid plate may be arranged in the upper position and the perforated plate in the lower position, the valve being in the form of a shutter disposed on an upper surface of the solid plate. The closure may come into contact with an orifice of the tube.
  • the shutter seals the end of the tube.
  • this pressure becomes lower than a chosen pressure threshold, which can be modified by adjustment, the solid plate collapses, dragging with it the shutter, which then releases the orifice of the tube through which the air can circulate.
  • the first valve disposed on the tube remains closed. If the pressure in the pipe decreases, then the valve opens, the air from the atmosphere flows through the tube through the valve. A certain volume of air then enters the pipeline. Then when the pressure in the pipe increases again, for example when starting a pump, the first valve closes. The air is driven by the liquid in the pipeline to the tank and is introduced into the hydropneumatic reservoir, and is then compressed to the pressure prevailing in the gaseous part of the hydropneumatic reservoir, that is to say, the upper part.
  • the above phases start again, which allows a new introduction of air.
  • the valve remains closed, regardless of the position of the first valve.
  • the second valve maintains a service pressure on the side of the hydropneumatic reservoir. The second valve closes during a pump stop and opens during a pump start or more generally when a recovery of the liquid flow in the pipe. Air introduced into the pipe upstream of the second valve then passes through the second valve and is moved by the movement of the liquid to the hydropneumatic reservoir.
  • the reservoir comprises an inner tube extending downwardly from an end of the reservoir.
  • the sensor is disposed in the tube.
  • the invention also relates to a hydropneumatic air refueling system comprising a hydropneumatic reservoir, a pipe connected to the reservoir and an air introduction device as described above.
  • the system may include a liquid circulation pump in the pipeline.
  • the second valve is closed when the pump is stopped and opened as soon as it starts and as long as it is running.
  • the pipe from the pump to the tank, is constantly rising.
  • the method for introducing air into a hydropneumatic reservoir connected to a pipe provided with a pump comprises steps for detecting the pressure in the tank by a sensor, opening a valve controlled by the sensor in the event of insufficient pressure in the tank, the pump being stopped, a valve of the pipe being closed; the valve being open, the atmospheric pressure begins in the tube causing the draining of the pipe; when the pump restarts, a valve disposed in the tube closes under pressure and prevents the rise of liquid in the tube, the air introduced into the pipe being discharged into the tank, the valve of the pipe opening.
  • the air introduction device is intended for a hydropneumatic tank 1 in the form of a balloon, a lower part 1b of which is connected to a hydraulic line 2.
  • the lower part 1b of the hydropneumatic reservoir 1 is generally filled with liquid , in particular water and an upper part 1a of the hydropneumatic reservoir 1 is generally filled with gas, especially air.
  • the amount of gas present in the upper part of the hydropneumatic tank 1, must be between a lower limit and an upper limit depending on the dimensions of the hydropneumatic reservoir 1, the pipe and the expected operating pressures.
  • the hydropneumatic tank 1 does not adequately ensure the protection of the hydraulic system against water hammer.
  • the emptying of the hydropneumatic tank 1 may not be effected imperfectly, which prevents it from fulfilling its function. If an excessive quantity of gas is present, when the hydropneumatic tank 1 is emptied, gas may be sent to the pipe.
  • an air introduction device is installed upstream of the tank 1 in the pipe 2 and downstream of a feed pump 4 immersed in a water reservoir which may be a well, a borehole or a tarpaulin .
  • a check valve 5 is associated with the feed pump.
  • the valve 5 is installed on the pipe 2 between the pump 4 and the tank 1.
  • the valve 5 prevents a return of water from the tank 1 to the pump.
  • the air introduction device 3 comprises a pressure sensor 6 mounted on the tank 1 for detecting the pressure inside said tank 1.
  • the pressure sensor 6 is mounted on the upper part 1a of the tank 1, preferably at the top.
  • the pressure sensor 6 may be in the form of a pressure switch.
  • the pressure sensor 6 can be connected to the upper part 1a of the tank 1 by a pipe portion 7 in order to dispose the pressure sensor 6 above the tank 1, thus limiting the risk of liquid rising in the sensor of pressure 6.
  • the air introduction device 3 comprises a tube 8 of small diameter relative to the diameter of the hydraulic pipe 2.
  • the tube 8 is connected at one end to the hydraulic pipe 2 upstream of the valve 5, for example at a small distance of said valve 5.
  • the opposite end of the tube 8 is connected to a valve 9 for communicating the tube 8 with the outside atmosphere.
  • the valve 9 may be of mechanical or electromechanical type.
  • the valve 9 is controlled by a signal from the pressure sensor 6 via a control member 10 of the mechanical type. In other words, the pressure sensor 6 generates a mechanical signal transmitted by the mechanical control member 10 to the valve 9 controlled mechanically.
  • the air introduction device 3 also comprises a valve 11 disposed in the tube 8, for example near the junction between the tube 8 and the hydraulic pipe 2.
  • the valve 11 is provided to allow an air inlet coming from the valve 9 in the hydraulic pipe 2 via the tube 8.
  • the valve 11 prevents leakage of liquid and gas when the pressure in the part of the pipe Hydraulic 2 upstream of the valve 5 is greater than the atmospheric pressure.
  • valve 9 if the valve 9 is closed, the introduction of air into the hydraulic pipe 2 is prohibited.
  • the valve 9 being open, the introduction of air takes place if the pressure in the hydraulic pipe 2 upstream of the valve 5 is less than atmospheric pressure.
  • valve 5 is open during a flow of fluid to the tank 1, in particular during pumping.
  • the valve 5 closes and remains closed when the upstream pressure becomes lower and remains lower than the pressure downstream of the valve 5 which is substantially equal to the pressure drops near the pressure in the tank 1.
  • valve 11 closes when the pressure upstream of the valve 5 becomes greater than the atmospheric pressure and the valve 9 closes to order of the control member 10 depending on the pressure in the tank 1 detected by the pressure sensor 6.
  • the pressure upstream of the valve 5 becomes greater than the pressure in the hydropneumatic reservoir 1, said valve 5 opens and the air present upstream of said valve 5 passes downstream and reaches the tank 1 by being stored in the upper part. This increases the amount of air present in the tank 1.
  • valve 5 is disposed at an altitude lower than that of the lower part 1b of the tank 1, so that the introduction of air can not be done directly when the upstream and downstream pressures relative to the valve 5 in the pipe 2 are below atmospheric pressure.
  • the pressure sensor 6 may be in the form of a pressure switch located at the top of the tank. In this variant, the sensor is remote from the liquid, unlike other detection means such as electric tilt floats, electrodes, etc ... unreliable because of fouling or deposits.
  • the sensor 6 opens the valve 9 if the pressure during the emptying of the tank reaches a minimum pressure P set, corresponding to an air deficit. Stopping the pump 4 causes the emptying of the reservoir, the liquid it contains flowing downstream of the pipe 2 and the valve 5 being closed by the pressure exerted by the reservoir liquid. At the next start of the pump, the valve 5 opens under the pressure of the pumped water (and any air), allowing the flow to proceed towards the downstream, that is to say, in the reservoir and the pipe 2.
  • the pipe 2 going from the pump 4 to the tank 1 is preferably constantly rising.
  • the tube 8 is of short length, for example, a few tens of centimeters and can be a substantially vertical portion directed upwards from the hydraulic pipe 2.
  • the valve 9 can be of the solenoid valve type and is controlled by the organ electrical type control unit 10 forming a control interface between the pressure sensor 6 and the solenoid valve 9.
  • the pressure sensor 6 is then configured to generate an electrical signal which is transmitted to the solenoid valve 9, if appropriate after a treatment performed by the control member 10.
  • This embodiment requires an electrical connection and therefore a power supply that can sometimes be provided by a solar panel and a storage battery. This embodiment is particularly suitable in cases where the distance between the reservoir 1 and the valve 5 is relatively large.
  • the distance between the sensor 6 and the tube 8 can be quite long since the connection between them is only electrical. If it was necessary a timer could be provided to adjust at will the duration of opening of the solenoid valve or extend beyond the maximum pressure of first filling of the tank after its first emptying.
  • the pressure sensor 6 or pressure switch controls the opening of the valve to the pressure Pmini and closing it to a higher pressure. We can thus control the opening time and increase the accuracy of operation. Finally, if it is not desired to obtain a closing moment of the solenoid valve beyond the peak of maximum pressure, closing of said solenoid valve by the pressure switch at a pressure less than or equal to the maximum pressure is possible .
  • the control member 10 may include a timer engaged at the opening of the solenoid valve 9 and causing the closure of said solenoid valve at a chosen instant - depending on the time elapsed since the instant of closure. Thus, after a calibration, it achieves excellent accuracy on the amount of air introduced.
  • a pre-inflation step may be provided by placing temporary water level sensors, for example in the form of a transparent vertical tube fixed on two valves provided in the wall of the reservoir, one in the air zone and the other in the water zone.
  • the two valves are open and compressed air is injected by one of them until the level of the air / water surface corresponds to the desired value, ie a static regime with line 2 full and pump to shutdown, in steady state of pumping.
  • the tube can then be removed in the end operation after closing the valves.
  • the commissioning of the hydropneumatic reservoir is therefore particularly simple.
  • the operation of the air introduction device can be fine-tuned in the field during the commissioning of the installation.
  • the air introduction device can be installed on hydraulic systems of wastewater or clear water.
  • the tube element 8 In the case of pumping clear water, with pumps without foot valve, the tube element 8 is provided with its valve 11 but without the solenoid valve 9. A solenoid valve is then connected directly to the pipe 2 near the pump. It opens and closes as would the solenoid valve 9 mentioned above in the text.
  • This embodiment is very suitable for frequent stop / start installations, especially for the discharge of wastewater.
  • the embodiment with closing delay of the valve is particularly suitable for installations with a large volume of pipe 2 between the valve and the water in the pumping tank and where the intervals between stopping and starting are such that they allow the total emptying, if necessary, of this upstream part of the pipe 2.
  • a pressure sensor 6 (which may be in the form of a pressure switch) located at the top of the tank.
  • Stopping the pump 4 causes the tank to drain, the liquid it contains flowing downstream of the pipe 2 and the valve 5 being closed by the pressure exerted by the liquid draining the tank.
  • the pumps are immersed in a tarpaulin and do not include a foot valve, so that when the pumping stops and if the valve 9 is open, the tube 8 allows at atmospheric pressure to be exerted throughout this tube, the small valve 11 then opening.
  • the pipe portion 2 located upstream of the valve 5 can begin to empty into the pump cover, through the pump 4.
  • the pump start causes, on the one hand, the closing of the valve 11, which prevents a rise of liquid in the tube 8 and, on the other hand, allows the introduction of air having taken the place of the drained liquid in the pipe 2 located upstream of the valve 5 which is now open.
  • This air is repelled and enters the tank equipped at its base with an air trap 12 (other forms of trap are possible), which partially or completely fill the deficit found. If this air supply is insufficient the operation will be repeated at the next pump stop.
  • the introduction of air is thus without requiring the installation of a compressor.
  • the sensor system detecting a minimum pressure, set at the end of emptying the tank is reliable, compared to a detection of lack of air steady state pumping by electrical level: pear, electrodes or probes not in contact with the water. Indeed, if the pressure in the tank at the end of the first filling after emptying is greater than the steady state pressure pumping, this electrical detection will interpret wrongly as an air deficit.

Description

  • La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'introduction d'air dans un réservoir ou réseau hydropneumatique équipant une canalisation hydraulique, notamment, dans un réseau d'évacuation d'eaux usées ou de liquides chimiques.
  • Un réservoir hydropneumatique peut être utilisé comme réservoir anti-bélier d'une canalisation ou réseau hydraulique afin de compenser les effets de dépression et de surpression provoqués par exemple par un arrêt de pompe ou la fermeture d'une vanne. Le fonctionnement d'un tel réservoir est connu notamment par le document FR 2 416 417 . Dans un tel réservoir, l'eau ou le liquide sous pression situé en partie inférieure est surmonté d'air ou de gaz également sous pression et dont la quantité doit rester sensiblement constante pour que le fonctionnement correct de l'appareil soit assuré. En effet, s'il y a manque d'air, la protection de la canalisation est insuffisante et, s'il y a trop d'air, il y a risque d'échappement d'air dans cette canalisation, ce qu'il faut éviter.
  • Le document EP 0 617 227 décrit un système de régulation d'air pour réservoir hydropneumatique comprenant une chambre d'introduction d'air qui peut être vidée par une électrovanne d'évacuation. Une électrovanne d'admission d'air dans la chambre est ouverte. Puis on ferme les deux premières électrovannes et on ouvre une électrovanne de remplissage pour chasser l'air vers le réservoir. Les électrovannes sont commandées par un moyen de commande relié à un détecteur qui émet un signal en cas de niveau d'eau supérieur au niveau du détecteur. Ce système nécessite une alimentation électrique, ce qui peut s'avérer coûteux dans des zones éloignées du réseau électrique et occasionne la perte d'une certaine quantité de liquide, ce qui n'est guère souhaitable en cas d'eau potable et est à éviter évidemment dans le cas d'autres liquides.
  • Dans le domaine du pompage des eaux, même des eaux usées chargées, la dissolution de l'air dans l'eau est supérieure au dégagement gazeux. Il importe donc ce compenser un déficit d'air.
  • Le document EP 0 895 020 décrit un dispositif d'introduction d'air pour un réservoir hydropneumatique dans lequel l'air est introduit dans une zone de faible pression, tel qu'à l'amont d'une pompe, et ce par l'ouverture d'une électrovanne. Les pertes de liquide sont supprimées mais une alimentation électrique est nécessaire et la commande de l'introduction d'air se fait par capteurs de niveau de liquide au contact de ce dernier si bien que le fonctionnement peut être perturbé, par des dépôts en cas de pompage d'eaux chargées.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
  • La présente invention a pour but d'améliorer l'introduction d'air dans un réservoir hydropneumatique.
  • La présente invention vise à pouvoir introduire une quantité d'air adaptée lorsque le besoin s'en fait sentir.
  • Le dispositif d'introduction d'air dans un réservoir hydropneumatique comprend alors un capteur de la pression dans le réservoir hydropneumatique, une vanne commandée par un signal provenant du capteur et débouchant à l'air libre d'un côté, un tube relié par une extrémité à la vanne et par l'extrémité opposée à une canalisation reliée au réservoir. Un premier clapet est disposé dans le tube pour empêcher le passage de liquide dans le tube vers la vanne et un deuxième clapet est disposé dans la canalisation entre le réservoir et le tube. Le deuxième clapet est fermé lorsqu'une pompe montée sur la canalisation est à l'arrêt et ouvert lorsque la pompe démarre et fonctionne. On bénéficie de la sorte d'une introduction d'air mécanique déclenchée lorsque la pression d'air dans le réservoir devient trop faible. La présence d'une alimentation électrique n'est plus nécessaire.
  • La canalisation peut être une canalisation de fort diamètre, par exemple comprise entre 100 et 2500mm, dont le réservoir hydropneumatique assure la protection anti-bélier. Le tube peut présenter un diamètre faible, de l'ordre de quelques dizaines de millimètres, par exemple de 5 à 40mm.
  • Dans un mode de réalisation, la canalisation débouche dans le réservoir à une altitude supérieure à celle à laquelle le tube débouche dans la canalisation. On favorise ainsi la migration de l'air introduit par le tube dans la canalisation vers le réservoir.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un piège à air. Le piège à air permet de diriger l'air introduit dans la canalisation vers le réservoir.
  • Dans un mode de réalisation, le capteur comprend des masses de réglage. On peut ainsi, lors de la mise en service, effectuer un réglage fin adapté aux caractéristiques réelles du réseau de liquide qui diffèrent toujours quelque peu des caractéristiques nominales.
  • Dans un mode de réalisation, le capteur comprend au moins un élément élastique de réglage, par exemple, un ressort.
  • Dans un mode de réalisation, le capteur comprend un piston et un cylindre, l'une étant fixe et l'autre mobile. Une pièce de commande de la vanne peut être reliée à la partie mobile. La liaison peut être assurée de façon directe, par l'intermédiaire d'un levier, par exemple un bras de levier articulé.
  • Dans un mode de réalisation, le capteur est relié à la vanne par un bras de levier. Le bras de levier peut être gradué. Des masses de réglage peuvent être disposées sur le bras. On peut ainsi effectuer le réglage d'une façon similaire à l'utilisation d'une balance romaine.
  • Dans une variante, la vanne est actionnable électriquement. Le dispositif comprend une liaison électrique avec le capteur.
  • Le dispositif peut comprendre un réglage de la durée d'ouverture de la vanne. Le réglage peut être effectué sur le capteur de pression ou relié au capteur de pression.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un organe de pilotage temporisé entre l'ouverture et la fermeture de la vanne.
  • Avantageusement, le capteur comprend un soufflet disposé entre une plaque pleine et une plaque perforée. La plaque perforée peut déboucher dans le réservoir. Une chambre peut être définie entre le soufflet, la plaque pleine et la plaque perforée. La plaque pleine peut être disposée en position supérieure et la plaque perforée en position inférieure, la vanne se présentant sous la forme d'un obturateur disposé sur une surface supérieure de la -plaque pleine. L'obturation peut venir en contact avec un orifice du tube.
  • Lorsque la pression dans la chambre du capteur égale à la pression dans la partie remplie de gaz du réservoir hydropneumatique est suffisamment élevée, l'obturateur obture l'extrémité du tube. Lorsque cette pression devient inférieure à un seuil de pression choisi, pouvant être modifié par réglage, la plaque pleine s'affaisse entraînant avec elle l'obturateur, qui dégage alors l'orifice du tube par lequel peut circuler l'air. Si la pression de liquide dans la canalisation est suffisante, le premier clapet disposé sur le tube reste fermé. Si la pression dans la canalisation diminue, alors ce clapet s'ouvre, l'air provenant de l'atmosphère circule dans le tube en passant par le clapet. Un certain volume d'air rentre alors dans la canalisation. Puis lorsque la pression dans la canalisation augmente à nouveau, par exemple au démarrage d'une pompe, le premier clapet se ferme. L'air est chassé par le liquide dans la canalisation vers le réservoir et s'introduit dans le réservoir hydropneumatique, et est alors comprimé à la pression régnant dans la partie gazeuse du réservoir hydropneumatique, c'est-à-dire, la partie supérieure.
  • On introduit ainsi de l'air dans le réservoir hydropneumatique.
  • Si la quantité d'air introduite est toujours trop faible, les phases ci-dessus recommencent, ce qui permet une nouvelle introduction d'air. Au contrainre, si la pression dans le réservoir hydropneumatique reste suffisante, alors la vanne reste fermée, indépendamment de la position du premier clapet. Le deuxième clapet permet de maintenir une pression de service du côté du réservoir hydropneumatique. Le deuxième clapet se ferme lors d'un arrêt de pompe et s'ouvre lors d'un démarrage de pompe ou plus généralement lors d'une reprise de la circulation de liquide dans la canalisation. L'air introduit dans la canalisation en amont du deuxième clapet traverse alors le deuxième clapet et est déplacé par le mouvement du liquide vers le réservoir hydropneumatique.
  • Dans un mode de réalisation, le réservoir comprend un tube intérieur s'étendant vers le bas à partir d'une extrémité du réservoir. Le capteur est disposé dans le tube.
  • L'invention -concerne également un système hydropneumatique à rechargement d'air comprenant un réservoir hydropneumatique, une canalisation reliée au réservoir et un dispositif d'introduction d'air tel que décrit ci-dessus.
  • Le système peut comprendre une pompe de circulation du liquide dans la canalisation. Le deuxième clapet est fermé lorsque la pompe est à l'arrêt et ouvert dès qu'elle démarre et tant qu'elle fonctionne.
  • Avantageusement, la canalisation, allant de la pompe au réservoir, est constamment montante.
  • Le procédé d'introduction d'air dans un réservoir hydropneumatique relié à une canalisation munie d'une pompe comprend des étapes de détection de la pression dans le réservoir par un capteur, d'ouverture d'une vanne commandée par le capteur en cas de pression insuffisante dans le réservoir, -la pompe étant à l'arrêt, un clapet de la canalisation étant fermé ; la vanne étant ouverte, la pression atmosphérique s'amorce dans le tube provoquant la vidange de la canalisation ; lorsque la pompe redémarre, un clapet disposé dans le tube se ferme sous la pression et empêche la remontée de liquide dans le tube, l'air introduit dans la canalisation étant refoulé dans le réservoir, le clapet de la canalisation s'ouvrant.
  • On assure ainsi une introduction d'air par des moyens mécaniques. On peut se passer d'alimentation électrique, ce qui s'avère particulièrement économique.
  • La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique d'un système hydraulique pourvu d'un dispositif d'introduction d'air et,
    • la figure 2 est une vue schématique d'un système hydraulique pourvu d'un autre dispositif d'introduction d'air.
  • Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif d'introduction d'air est destiné à un réservoir hydropneumatique 1 sous forme d'un ballon dont une partie inférieure 1b est connectée à une canalisation hydraulique 2. La partie inférieure 1b du -réservoir hydropneumatique 1 est en général remplie de liquide, en particulier de l'eau et une partie supérieure 1a du réservoir hydropneumatique 1 est en général remplie de gaz, notamment de l'air. La quantité de gaz présente en partie supérieure la du réservoir hydropneumatique 1, doit être comprise entre une limite inférieure et une limite supérieure en fonction des dimensions du réservoir hydropneumatique 1, de la canalisation et des pressions de service prévues. En cas de manque de gaz, le réservoir hydropneumatique 1 n'assure pas convenablement la protection du système hydraulique contre les coups de bélier. Par ailleurs, la vidange du réservoir hydropneumatique 1 risque de s'effectuer imparfaitement, ce qui l'empêche de remplir sa fonction. En cas de présence d'une quantité excessive de gaz, lors d'une vidange du réservoir hydropneumatique 1, du gaz risque d'être envoyé vers la canalisation.
  • Il se produit également des échanges entre le gaz et le liquide, parfois par dégazage du liquide, et le plus souvent, par dissolution du gaz dans le liquide. Pour y remédier, un dispositif d'introduction d'air est installé en amont du réservoir 1 dans la canalisation 2 et en aval d'une pompe d'alimentation 4 immergée dans une retenue d'eau qui peut être un puits, un forage ou une bâche. Un clapet de retenue 5 est associé à la pompe d'alimentation. Le clapet 5 est installé sur la canalisation 2 entre la pompe 4 et le réservoir 1. Le clapet 5 évite un retour d'eau du réservoir 1 vers la pompe. Le dispositif d'introduction d'air 3 comprend un capteur de pression 6 monté sur le réservoir 1 pour détecter la pression à l'intérieur dudit réservoir 1. Le capteur de pression 6 est monté sur la partie supérieure la du réservoir 1, de préférence au sommet. Le capteur de pression 6 peut se présenter sous la forme d'un pressostat.
  • Le capteur de pression 6 peut être relié à la partie supérieure la du réservoir 1 par une portion de conduite 7 en vue de disposer le capteur de pression 6 au-dessus du réservoir 1, limitant ainsi les risques de remontée de liquide dans le capteur de pression 6.
  • Le dispositif d'introduction d'air 3 comprend un tube 8 de petit diamètre relativement au diamètre de la canalisation hydraulique 2. Le tube 8 est relié à une extrémité à la canalisation hydraulique 2 en amont du clapet 5, par exemple à une faible distance dudit clapet 5. L'extrémité opposée du tube 8 est reliée à une vanne 9 permettant de mettre en communication le tube 8 avec l'atmosphère extérieure. La vanne 9 peut être de type mécanique ou électromécanique. La vanne 9 est commandée par un signal provenant du capteur de pression 6 par l'intermédiaire d'un organe de pilotage 10 de type mécanique. En d'autres termes, le capteur de pression 6 génère un signal mécanique transmis par l'organe de pilotage mécanique 10 à la vanne 9 commandée mécaniquement. Le dispositif d'introduction d'air 3 comprend également un clapet 11 disposé dans le tube 8, par exemple à proximité de la jonction entre le tube 8 et la canalisation hydraulique 2.
  • Le clapet 11 est prévu pour permettre une entrée d'air provenants de la vanne 9 dans la canalisation hydraulique 2 par l'intermédiaire du tube 8. Le clapet 11 empêche une fuite de liquide et de gaz lorsque la pression dans la partie de la canalisation hydraulique 2 en amont du clapet 5 est supérieure à la pression atmosphérique.
  • En d'autres termes, si la vanne 9 est fermée, l'introduction d'air dans la canalisation hydraulique 2 est interdite. La vanne 9 étant ouverte, l'introduction d'air a lieu si la pression dans la canalisation hydraulique 2 en amont du clapet 5 est inférieure à la pression atmosphérique.
  • Par ailleurs, le clapet 5 est ouvert lors d'une circulation de fluide vers le réservoir 1, notamment lors d'un pompage. Le clapet 5 se ferme et reste fermé lorsque la pression en amont devient inférieure et reste inférieure à la pression en aval du clapet 5 qui est sensiblement égale aux pertes de charge près à la pression dans le réservoir 1.
  • Après l'introduction d'air dans la canalisation 2 en amont du clapet 5, le clapet 11 se ferme lorsque la pression en amont du clapet 5 devient supérieure à la pression atmosphérique et la vanne 9 se ferme sur commande de l'organe de pilotage 10 dépendant de la pression dans le réservoir 1 détecté par le capteur de pression 6. Lorsque la pression en amont du clapet 5 devient supérieure à la pression dans le réservoir hydropneumatique 1, ledit clapet 5 s'ouvre et l'air présent en amont dudit clapet 5 passe en aval et atteint le réservoir 1 en y étant stocké dans la partie supérieure la. On augmente ainsi la quantité d'air présente dans le réservoir 1.
  • Généralement le clapet 5 est disposé à une altitude inférieure à celle de la partie inférieure 1b du réservoir 1, de telle sorte que l'introduction d'air ne puisse se faire directement lorsque les pressions amont et aval par rapport au clapet 5 dans la canalisation 2 sont inférieures à la pression atmosphérique.
  • Le capteur de pression 6 peut se présenter sous la forme d'un pressostat situé au sommet du réservoir. Dans cette variante, le capteur est à distance du liquide, contrairement à d'autres moyens de détection tels que flotteurs électriques à basculement, électrodes, etc... peu fiables car sujets à encrassement ou dépôts.
  • Le capteur 6 ouvre la vanne 9 si la pression lors de la vidange du réservoir atteint une pression P minimum réglée, correspondant à un déficit d'air. L'arrêt de la pompe 4 entraîne la vidange du réservoir, le liquide qu'il contient s'écoulant alors vers l'aval de la canalisation 2 et le clapet 5 étant fermé par la pression exercée par le liquide du réservoir. Au démarrage suivant de la pompe, le clapet 5 s'ouvre sous la poussée de l'eau pompée (et de l'air éventuel), laissant l'écoulement s'effectuer vers l'aval, c'est-à-dire, dans le réservoir et la canalisation 2.
  • L'introduction d'air se fait sans nécessiter l'installation d'un compresseur.
  • Pour que la vidange d'eau vers la bâche de pompage et ensuite l'entrée de l'air ainsi introduit à sa place dans le réservoir soient faciles, la canalisation 2 allant de la pompe 4 au réservoir 1 est de préférence constamment montante.
  • Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le tube 8 est de faible longueur, par exemple, quelques dizaines de centimètres et peut être une portion sensiblement verticale dirigée vers le haut à partir de la canalisation hydraulique 2. La vanne 9 peut être du type électrovanne et est commandée par l'organe de pilotage 10 de type électrique formant interface de commande entre le capteur de pression 6 et l'électrovanne 9. Le capteur de pression 6 est alors configuré pour générer un signal électrique qui est transmis à l'électrovanne 9, le cas échéant après un traitement effectué par l'organe de pilotage 10. Ce mode de réalisation requiert une liaison électrique et par conséquent une alimentation électrique qui peut parfois être assurée par un panneau solaire et une batterie de stockage. Ce mode de réalisation s'avère particulièrement adapté dans les cas où la distance entre le réservoir 1 et le clapet 5 est relativement importante.
  • La distance entre le capteur 6 et le tube 8 peut être assez longue puisque la liaison entre eux est uniquement électrique. Si c'était nécessaire une minuterie pourrait être prévue afin de régler à volonté la durée d'ouverture de l'électro-vanne ou de la prolonger au-delà de la pression maximale de premier remplissage du réservoir après sa première vidange.
  • Dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, le capteur de pression 6 ou pressostat commande l'ouverture de la vanne à la pression Pmini et sa fermeture à une pression supérieure. On peut ainsi maîtriser le temps d'ouverture et augmenter la précision de fonctionnement. Enfin, si l'on ne désire pas obtenir un instant de fermeture de l'électrovanne au-delà du pic de pression maximale, la fermeture de ladite---électrovanne par le pressostat à une pression inférieure ou égale à la pression maximale est possible. En outre, l'organe de pilotage 10 peut comprendre une temporisation enclenchée à l'ouverture de l'électrovanne 9 et provoquant la fermeture de ladite électrovanne à un instant choisi -en fonction de la durée écoulée depuis l'instant de fermeture. On parvient ainsi, après un étalonnage, à une excellente précision sur la quantité d'air introduite.
  • Pour la mise en fonctionnement du réservoir, on peut prévoir une étape de prégonflage en disposant des capteurs temporaires de niveau d'eau, par exemple sous la forme d'un tube vertical transparent fixé sur deux valves prévues dans la paroi du réservoir, l'une dans la zone en air et l'autre dans la zone en eau. Les deux valves sont ouvertes et de l'air comprimé est injecté par l'une d'elles jusqu'à ce que le niveau de la surface air/eau corresponde à la valeur souhaitée, soit un régime statique avec canalisation 2 pleine et pompe à l'arrêt, soit en régime permanent de pompage. Le tube peut ensuite être enlevé en fin d'opération après fermeture des valves. La mise en service du réservoir hydropneumatique est donc particulièrement simple. Le fonctionnement du dispositif d'introduction d'air peut faire l'objet d'un réglage fin sur place, lors de la mise en service de l'installation.
  • Le dispositif d'introduction d'air peut être installé sur des systèmes hydrauliques d'eaux usées ou d'eau claire. Dans le cas du pompage d'eaux claires, avec -pompes sans clapet de pied, on prévoit l'élément de tube 8 avec son clapet 11 mais sans l'électro-vanne 9. Une électro-vanne est alors branchée directement sur la canalisation 2 près de la pompe. Elle s'ouvre et se ferme comme le ferait l'électro-vanne 9 mentionnée plus haut dans le texte.
  • Elle est ouverte et traversée par l'eau se vidangeant lorsque la pompe est à l'arrêt et qu'un déficit d'air est constaté. Elle se referme dès que la pompe démarre.
  • Ce mode de réalisation convient très bien au cas des installations à arrêt/démarrages fréquents, notamment pour le refoulement d'eaux usées. Le mode de réalisation avec temporisation de fermeture de la vanne convient particulièrement aux installations présentant un volume de canalisation 2 important entre le clapet et le plan d'eau dans la bâche de pompage et où les intervalles entre arrêt et démarrage sont tels qu'ils permettent la vidange totale, si nécessaire, de cette partie amont de la canalisation 2.
  • En d'autres termes, lors de la vidange du réservoir anti-bélier, la détection d'un manque d'air est effectuée par un capteur de pression 6 (qui peut se présenter sous la forme d'un pressostat) situé au sommet du réservoir.
  • L'arrêt de la pompe 4 entraîne la vidange du réservoir, le liquide qu'il contient s'écoulant alors vers l'aval de la canalisation 2 et le clapet 5 étant fermé par la pression exercée par le liquide se vidangeant du réservoir. Très généralement sur les installations de pompage d'eaux usées, les pompes sont immergées dans une bâche et ne comportent pas de clapet de pied, si bien qu'à l'arrêt du pompage et si la vanne 9 est ouverte, le tube 8 permet à la pression atmosphérique de s'exercer dans tout ce tube, le petit clapet 11 s'ouvrant alors. Ainsi la partie de canalisation 2 située à l'amont du clapet 5 peut commencer à se vider dans la bâche de pompage, à travers la pompe 4.
  • Cette vidange de canalisation 2 dure tant que :
    • la vanne 9 n'est pas refermée par le capteur 6 ou une minuterie. On peut ainsi régler le temps de vidange, donc son volume.
    • ou que la pompe 4 ne redémarre pas.
  • Le démarrage de pompe entraîne, d'une part, la fermeture du clapet 11, ce qui évite une remontée de liquide dans le tube 8 et, d'autre part, permet l'introduction de l'air ayant pris la place du liquide vidangé dans la canalisation 2 située en amont du clapet 5 qui est maintenant ouvert. Cet air est repoussé et entre dans le réservoir équipé à sa base d'un piège à air 12 (d'autres formes de piège sont possibles), ce qui vient combler partiellement ou totalement le déficit constaté. Si cet apport d'air est insuffisant l'opération sera répétée à l'arrêt de pompe suivant. L'introduction d'air se fait ainsi, sans nécessiter l'installation d'un compresseur.
  • De plus, le système par capteur détectant une pression minimum, réglée en fin de vidange du réservoir, est fiable, comparé à une détection de manque d'air en régime permanent de pompage par niveau électrique : poires, électrodes ou sondes non en contact avec l'eau. En effet, si la pression dans le réservoir en fin de premier remplissage suivant sa vidange est supérieure à la pression en régime permanent de pompage, cette détection électrique l'interprétera à tort comme un déficit d'air.
  • L'invention s'applique aussi aux réservoirs de régulation. Il suffit alors
    • d'équiper les réservoirs de pressostats classiques, non en contact avec le liquide, tarés aux pressions d'arrêt et de démarrage des pompes,
    • d'installer un détecteur électronique de niveau de liquide agissant si, lors de l'arrêt d'une pompe commandée par son pressostat, le niveau de liquide est supérieur à la valeur normale, ce qui correspond à un déficit d'air. Ce détecteur peut être une électrode en eaux claires ou, ce qui est bien préférable car sans aucun contact avec le liquide, du type ultra-sons, radar, repérage magnétique ou encore pesée de l'ensemble réservoir plus liquide contenu, etc.
    • Le détecteur délivre alors un signal à la vanne électrique 9 qui s'ouvre et se ferme comme dans le cas des réservoirs anti-bélier.

Claims (9)

  1. Système hydropneumatique à rechargement d'air, comprenant un réservoir hydropneumatique anti-bélier ou de régulation (1) configuré pour être relié à une canalisation (2), et comprenant un
    dispositif d'introduction d'air (3) dans le réservoir hydropneumatique (1), caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur (6) de la pression dans le réservoir, une vanne (9) commandée par un signal provenant du capteur et débouchant à l'air libre d'un côté, un tube (8) relié par une extrémité à la vanne (9) et par l'extrémité opposée à la canalisation (2), un premier clapet (11) disposé dans le tube pour empêcher le passage de liquide dans le tube vers la vanne et un deuxième clapet (5) configuré pour être disposé dans la canalisation entre le réservoir (1) et le tube (8), le deuxième clapet (5) étant configuré pour être fermé lorsqu'une pompe (4) montée sur la canalisation en amont du deuxième clapet (5), est à l'arrêt et ouvert dès que la pompe (4) démarre.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel la partie inférieure (1b) du réservoir (1) est située à une altitude supérieure à celle de l'extrémité du tube (8) opposée à la vanne (9).
  3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vanne (9) est actionnable électriquement et comprend une liaison électrique avec le capteur (6).
  4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un système de réglage de la durée d'ouverture de la vanne (9).
  5. Système selon la revendication 4, dans lequel le système de réglage est relié au capteur de pression (6).
  6. Système selon la revendication 4, dans lequel le système de réglage comprend une minuterie.
  7. Système selon la revendication 1, comprenant la canalisation (2) allant de la pompe (4) au réservoir (1), la canalisation (2) étant constamment montante.
  8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal provenant du capteur est mécanique.
  9. Procédé d'introduction d'air dans un réservoir hydropneumatique anti-bélier ou de régulation relié à une canalisation munie d'une pompe comprenant des étapes de : - mise à disposition d'un système selon l'une des revendications 1 à 8
    - détection de la pression dans le réservoir par un capteur,
    - ouverture d'une vanne commandée par le capteur en cas d'insuffisance de pression dans le réservoir, la pompe étant à l'arrêt, un clapet de la canalisation étant fermé,
    - la vanne étant ouverte la pression atmosphérique s'exerce dans le tube (8), ce qui provoque la vidange de la canalisation (2) à l'amont du clapet, et son remplissage par de l'air.
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