FR2524029A1 - PROTECTION OF WALLS IN CONTACT WITH LIQUIDS AGAINST QUICK PRESSURE FLUCTUATIONS - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONSISTE A CREER DES POCHES DE GAZ 4 DANS LES PAROIS, SUR LES PAROIS OU AU VOISINAGE DES PAROIS A PROTEGER DES FLUCTUATIONS DE PRESSION TRANSMISES PAR LE LIQUIDE 2. L'ENERGIE DES OSCILLATIONS DES POCHES DE GAZ EST OPTIONNELLEMENT ABSORBEE PAR DES DISPOSITIFS TELS QUE LA PLAQUE PERFOREE 5. LE FONCTIONNEMENT DE L'ENSEMBLE POCHE DE GAZ ET ABSORBEUR D'ENERGIE EST ANALOGUE A CELUI D'UN ENSEMBLE RESSORT ET AMORTISSEUR DANS UNE SUSPENSION AUTOMOBILE, C'EST UN FILTRE PASSE-BAS POUR LA TRANSMISSION DES FLUCTUATIONS DE PRESSION ENTRE LE LIQUIDE ET LA PAROI. PARMI LES PRINCIPALES APPLICATIONS, ON PEUT CITER LA PROTECTION DES BARRAGES CONTRE L'EFFET D'EXPLOSIONS DANS LE RESERVOIR OU CONTRE L'EFFET DE SEISMES ET LA PROTECTION DE CUVES CONTENANT DES LIQUIDES CONTRE LES FLUCTUATIONS DE PRESSION RAPIDES D'ORIGINE QUELCONQUE.THE INVENTION CONSISTS OF CREATING GAS POCKETS 4 IN THE WALLS, ON THE WALLS OR IN THE NEIGHBORHOOD OF THE WALLS TO BE PROTECTED FROM PRESSURE FLUCTUATIONS TRANSMITTED BY THE LIQUID 2. THE ENERGY OF THE OSCILLATIONS OF THE GAS POCKETS IS OPTIONALLY ABSORBED BY DEVICES SUCH AS THE PERFORATED PLATE 5. THE OPERATION OF THE GAS POCKET AND ENERGY ABSORBER ASSEMBLY IS ANALOGUE TO THAT OF A SPRING AND SHOCK ABSORBER ASSEMBLY IN AN AUTOMOTIVE SUSPENSION, IT IS A LOW-PASS FILTER FOR THE TRANSMISSION OF FLUCTUATIONS OF PRESSURE BETWEEN THE LIQUID AND THE WALL. AMONG THE MAIN APPLICATIONS, WE CAN Cite the protection of dams against the effect of explosions in the tank or against the effect of earthquakes and the protection of tanks containing liquids against rapid pressure fluctuations of any origin.
Description
La présente invention concerne un dispositif réduisant l'amplitude desThe present invention relates to a device reducing the amplitude of
fluctuations de pression rapides susceptibles d'être exercées par des masses rapid pressure fluctuations that can be exerted by masses
liquides sur une paroi d'ouvrage, de structure ou d'appareil Elle s'appli- liquids on a structure, structure or apparatus wall.
que à des parois de dimensions relativement grandes et à des fluctuations de fréquences relativement courtes D'une façon plus précise, les dimensions des parois intéressées ne doivent pas être très inférieures aux longueurs des ondes de compression dans le liquide correspondant aux fréquences que l'on only to walls of relatively large dimensions and relatively short frequency fluctuations. More precisely, the dimensions of the walls concerned must not be much smaller than the lengths of the compression waves in the liquid corresponding to the frequencies which are
veut réduire'.wants to reduce '.
Une des caractéristiques de l'invention est que sa mise en oeuvre,au voi- One of the features of the invention is that its implementation, in the
sinage immédiat de la paroi intéressée, ne nécessite pas l'identification et immediate settlement of the wall concerned, does not require the identification and
la localisation de l'origine de la fluctuation de pression Ceci est parti- the location of the origin of the pressure fluctuation This is parti-
culièrement intéressant lorsqu'il s'agit d'une origine accidentelle, aléatoire ou exceptionnelle particularly interesting when it comes to an accidental, random or exceptional origin
Dans l'état actuel de la technique, il n'existe pas de procédé qui per- In the current state of the art, there is no method that allows
mette de réduire les fluctuations de pression transmises par un liquide à reduce the pressure fluctuations transmitted by a liquid to
une paroi et qui présente cette caractéristique Une fois épuisées, lors- a wall with this characteristic Once exhausted, when
qu'elles existent, les possibilités de réduction de ces fluctuations à la source, il ne reste plus qu'à renforcer les ouvrages ou les structures en jeu pour leur permettre de résister aux fluctuations de pression résiduelles prévisibles, ce qui est parfois fort coûteux Dans ce qui suit, nous désignerons la paroi à protéger par "la paroi", the possibilities of reducing these fluctuations at source, all that remains is to reinforce the structures or structures involved to enable them to withstand the foreseeable residual pressure fluctuations, which is sometimes very costly. what follows, we will designate the wall to be protected by "the wall",
étant bien entendu que l'invention peut s'appliquer simultanément à diffé- it being understood that the invention may apply simultaneously to different
rentes parois ou fractions de parois dans chaque cas particulier Nous désignerons le liquide en contact avec la paroi et susceptible d'y exercer des fluctuations de pression par "le liquide" L'invention consiste à créer dans la paroi, sur la paroi ou près de la paroi, un certain nombre de poches de gaz qui communiquent largement avec le liquide de façon à ce que ce dernier puisse comprimer le gaz, ou le laisser se dilater, sang avoir à circuler dans des conduits étroits et longs pour effectuer les déplacements nécessaires walls or fractions of walls in each particular case We designate the liquid in contact with the wall and likely to exert pressure fluctuations by "the liquid" The invention consists in creating in the wall, on the wall or near the wall, a number of pockets of gas that communicate widely with the liquid so that the latter can compress the gas, or allow it to expand, blood have to circulate in narrow and long ducts to make the necessary displacements
Suivant une disposition optionnelle de l'invention, des absorbeurs d'é- According to an optional arrangement of the invention, absorbers of
nergie sont disposés pour amortir les oscillations de volume des poches de energy are arranged to dampen the volume oscillations of the pockets of
gaz Ce peut être, par exemple, des obstacles tels que des parois perfo- This can be, for example, obstacles such as perforated walls.
rées ou poreuses disposées de façon à freiner, dans le liquide, dans le gaz porous or arranged so as to brake, in the liquid, in the gas
ou dans les deux, les mouvements de fluide qui accompagnent ces oscilla- or in both, the fluid movements that accompany these oscilla-
tions de volume Ces absorbeurs peuvent être inutiles si l'on ne veut se prémunir que contre des fluctuations de pression très rapides, telles que des ondes de choc dues à une explosion, par exemple On peut facilement comprendre le mode de fonctionnement du dispositif suivant l'invention, du fait de son analogie mécanique avec les systèmes These absorbers may be useless if one only wants to guard against very rapid pressure fluctuations, such as shockwaves due to an explosion, for example. The operating mode of the device can be easily understood from the following: invention, because of its mechanical analogy with the systems
classiques de suspension des véhicules Le liquide, peu compressible et re- Conventional suspension of vehicles The liquid, not very compressible and
lativement dense, peut transmettre des "chocs" très durs à la paroi tout com- latively dense, can transmit very hard "shocks" to the wall while
me le sol peut transmettre des chocs à un véhicule par l'intermédiaire de roues à bandages pleins par exemple Les poches de gaz, distribuées sur l'é- the ground can transmit shocks to a vehicle by means of solid tire wheels for example the pockets of gas, distributed on the
tendue de la paroi, jouent un rôle analogue à celui des ressorts des suspen- tension of the wall, play a role similar to that of the springs
sions mécaniques, ou mieux encore des poches de gaz des suspensions hydro- mechanical sinks, or even better gas pockets of the hydro-
pneumatiques Les absorbeurs d'énergie jouent un rôle analogue aux amortis- The energy absorbers play a similar role to the damping
seurs incorporés aux suspensionsincorporated in suspensions
La comparaison serait encore plus claire si l'on pouvait réaliser l'in- The comparison would be even clearer if we could achieve
vention en maintenant sur la paroi une couche de gaz continue qui la sépare- by maintaining a layer of continuous gas on the wall that separates it
rait complètement du liquide Quoique des réalisations très voisines de Completely liquid
cette disposition soient possibles, il sera en général plus commode de con- this provision is possible, it will generally be more convenient to
centrer le gaz en un certain nombre de poches L'effet obtenu sera sensi- center the gas in a number of pockets The effect will be sensi-
blement le même si les distances entre les poches restent très inférieures aux longueurs d'onde qui correspondent, dans le liquide, aux fréquences que l'on veut atténuer the same if the distances between the pockets remain much shorter than the wavelengths which correspond, in the liquid, to the frequencies which one wants to attenuate
Pour chaque application, il faut déterminer un certain nombre de paramè- For each application, a number of parameters must be determined.
tres spécifiques de l'invention, à savoir La distribution générale des volumes de gaz, que l'on peut assimiler à une distribution d'épaisseur équivalente sur toute l'étendue de la paroi Les emplacements effectifs des poches de gaz ainsi que leurs formes et les façons dont elles communiquent avec le liquide Le choix des dispositifs absorbeurs d'énergie éventuellement mis en oeuvre Il en existe de nombreux types connus qui présentent des lois de very specific of the invention, namely the general distribution of gas volumes, which can be likened to a distribution of equivalent thickness over the entire wall The effective locations of the gas pockets and their shapes and the ways in which they communicate with the liquid The choice of the energy-absorbing devices that may be used There are many known types that have
freinage ou de frottement diverses (variant linéairement ou non avec les vi- braking or friction (varying linearly or not with
tesses, systèmes à soupapes, à clapets etc) Le choix portera donc à la valves, valve systems, flaps, etc.) The choice will therefore be
fois sur un type de loi et sur la valeur des paramètres qui la caractérisent. times about a type of law and the value of the parameters that characterize it.
Des méthodes mathématiques connues permettent de calculer la réduction de fluctuations de pression obtenue aux différents points de la paroi par la Known mathematical methods make it possible to calculate the reduction of pressure fluctuations obtained at the different points of the wall by the
mise en oeuvre de la plupart des formes de réalisation de la présente inven- implementation of most embodiments of the present invention.
tion L'homme de l'art peut donc évaluer l'efficacité des formes de réali- Therefore, those skilled in the art can evaluate the effectiveness of the embodiments of the invention.
sation de son choix et ainsi déterminer celles qui conviennent le mieux à l'ensemble des données techniques et économiques du problème à résoudre De plus, l'analogie avec les systèmes de suspension de véhicules offre of its choice and thus determine those that best suit all the technical and economic data of the problem to be solved. In addition, the analogy with vehicle suspension systems offers
un guide précieux, non seulement pour le choix de certaines modalités tech- a valuable guide, not only for the choice of certain technical
niques,telles que celles concernant le choix des absorbeurs d'énergie, mais aussi pour l'exécution des calculs nécessaires Il s'agit en effet, dans les deux cas, de la mise en oeuvre de "filtres" mécaniques "passebas" et la théorie générale de ces filtres est très développée dans la littérature such as those concerning the choice of energy absorbers, but also for the execution of the necessary calculations. In fact, in both cases, it is the implementation of mechanical "filters" that are "low" and the general theory of these filters is highly developed in the literature
La figure 1 représente une vue en coupe verticale d'une partie de la pa- FIG. 1 represents a vertical sectional view of a portion of the
roi amont d'un barrage conçu pour incorporer un dispositif suivant l'inven- upstream king of a dam designed to incorporate a device according to the invention
tion La figure 2 représente un mode de réalisation qui permet d'assurer la FIG. 2 represents an embodiment which makes it possible to ensure the
protection suivant l'invention à un barrage préexistant en utilisant des po- protection according to the invention to a pre-existing dam by using
ches de gaz retenues dans des cloches immergées La figure 3 représente un des modes de réalisation possibles d'une de ces cloches immergées Les figures 4 et 5 représentent des modes de réalisation de l'invention applicables aux parois métalliques d'une cuve contenant un liquide FIG. 3 shows one of the possible embodiments of one of these submerged bells. FIGS. 4 and 5 show embodiments of the invention applicable to the metal walls of a tank containing a liquid.
Il n'est pas possible de définir un mode préféré de réalisation de l'in- It is not possible to define a preferred embodiment of the invention.
vention étant donné la très grande variété des circonstances dans lesquelles celle-ci peut être appliquée En tant que de besoin, les exemples donnés ci-après peuvent être considérés comme des modes de réalisation préférés pour chacun des cas auxquels ils se réfèrent: barrage neuf, barrage ancien, cuve métallique Sur la figure 1, le corps du barrage ( 1) est à gauche et le réservoir ( 2) est à droite Des dalles inclinées ( 3) retiennent des poches d'air ( 4) qui constituent les poches de gaz suivant l'invention Au cours des oscillations dé volume de ces poches d'air, l'eau doit traverser une plaque perforée ( 5) qui constitue un dispositif d'absorption de l'énergie suivant l'invention In view of the wide variety of circumstances in which this can be applied, the examples given below may be considered as preferred embodiments for each of the cases to which they refer: dam nine, old dam, metal tank In Figure 1, the body of the dam (1) is on the left and the tank (2) is on the right Sloping slabs (3) hold pockets of air (4) which constitute the gas pockets According to the invention During the volume oscillations of these air pockets, the water must pass through a perforated plate (5) which constitutes an energy absorption device according to the invention
On remarquera les très larges passages ménagés pour l'eau dans ses mou- We will notice the very large passages made for the water in its
vements en direction des poches d'air Des passages plus longs et plus étroits réduiraient l'efficacité du dispositif pour les fréquences les plus élevées mais pourraient l'améliorer pour des fréquencs plus basses airflow to the air pockets Longer and narrower passages would reduce the efficiency of the device for the higher frequencies but could improve it for lower frequencies
Des petits orifices ( 6) et ( 7), pratiqués dans les dalles inclinées sta- Small holes (6) and (7), made in sloping slabs sta-
bilisent les niveaux au repos sous les poches d'air Ils ne sont pas placés exactement les uns au dessus des autres de façon à ce que l'air qui s'échappe balance the levels at rest under the air pockets They are not placed exactly one above the other so that the air that escapes
d'une poche trop "pleine" (d'air) alimente la poche immédiatement supérieure. a pocket that is too "full" (air) feeds the next upper pocket.
On peut ainsi maintenir ou rétablir les niveaux au repos en alimentant unique- It is thus possible to maintain or restore the levels at rest by feeding
ment la plus profonde d'une série de poches disposées les unes au dessus des autres Les dispositifs suivant l'invention représentés sur cette figure peuvent s'étendre horizontalement, avec ou sans variations de section, sur tout ou The devices according to the invention shown in this figure can extend horizontally, with or without variations of section, on all or part of a series of pockets arranged one above the other.
partie de la largeur du barrage, ou cette largeur peut être occupée par plu- part of the width of the dam, or this width may be occupied by
sieurs dispositifs indépendants au même niveau Les dispositifs ayant une independent devices at the same level Devices with a
grande longueur horizontale peuvent être subdivisés par des parois transver- long horizontal length can be subdivided by transverse walls.
sales pleines, perforées ou poreuses, occupant ou non toute la section entre les dalles inférieures et supérieures Pour atténuer des fluctuations de pression dont la période va jusqu'à 1 seconde, les épaisseurs équivalentes "réparties" des poches d'air doivent solid, perforated or porous, occupying or not the entire section between the lower and upper slabs To mitigate pressure fluctuations of up to 1 second, the equivalent "spread" thicknesses of the air pockets shall be
être de l'ordre de quelques décimètres pour un barrage d'une centaine de mè- be of the order of a few decimetres for a dam of a hundred meters
tres de hauteur par exemple Dans un tel cas, les dalles inclinées ( 3) auraient un porte à faux de l'ordre de 2 mètres Par ailleurs, le rapport surface totale/surface perforée des plaques pourrait être de l'ordre de 10 Ces ordres de grandeur ne sont donnés qu'à titre indicatif, ils doivent être optimisés dans chaque cas par des calculs techniques La figure 2 montre un mode de réalisation particulièrement bien adapté à la protection d'un ouvrage déjà construit Elle représente un barrage For example, in such a case, the inclined slabs (3) would have an overhang of the order of 2 meters. Moreover, the total surface / perforated surface area of the plates could be of the order of 10. of magnitude are given for information only, they must be optimized in each case by technical calculations Figure 2 shows an embodiment particularly well suited to the protection of a structure already built It represents a dam
( 10), en coupe verticale, à l'amont immédiat duquel sont disposées des clo- (10), in vertical section, at the immediate upstream of which are arranged clo-
ches immergées ( 11) et ( 12) contenant les poches de gaz suivant l'invention Seules deux de ces cloches sont représentées pour simplifier le dessin submerged beds (11) and (12) containing the gas pockets according to the invention Only two of these bells are shown to simplify the drawing
mais, en réalité, plusieurs dizaines seront nécessaires pour assurer une bon- but, in reality, several tens will be needed to ensure a good
ne répartition de la protection sur un barrage de quelqu'importance La figure 3 représente un des modes de réalisation possibles d'une de ces distribution of protection on a dam of any importance Figure 3 shows one of the possible embodiments of one of these
cloches Elle montre la cloche proprement dite ( 21), de forme cylindroconi- bells It shows the bell proper (21), of cylindrical shape
que assez aplatie pour que sa face inférieure perforée ( 22) offre une grande section de passage à l'eau than flattened enough so that its perforated underside (22) offers a large section of passage to the water
La poche de gaz, disons ici de l'air, est retenue dans la partie supé- The gas pocket, let's say air here, is retained in the upper part.
rieure ( 23) de la cloche et, comme précédemment, un trou de trop plein d'air the bell (23) and, as before, a hole with too much air
( 24) y stabilise le niveau au repos Lorsque le niveau dans la cloche af- (24) stabilizes the level at rest when the level in the bell
fleure à ce trou, celle-ci est dite "à l'équilibre" to this hole, it is said to be "in equilibrium"
La cloche est lestée par une masse ( 25) L'ensemble de la cloche à l'é- The bell is weighted by a mass (25) The whole bell at the
quilibre et de ce lest doit conserver une flottabilité légèrement positive Un câble ( 27) relie le lest ( 25) à un deuxième lest ( 28) reposant sur le fond à l'équilibre Le poids de ce dernier lest est tel que l'ensemble de la balance and this ballast must maintain a slightly positive buoyancy A cable (27) connects the ballast (25) to a second ballast (28) resting on the bottom in equilibrium The weight of the ballast is such that the set of the
cloche et des deux lests ne reprend une flottabilité positive que si la clo- bell and the two weights only assume positive buoyancy if the bell
che est presque entièrement pleine d'air Un tuyau souple ou articulé ( 29) permet d'insuffler de l'air comprimé Che is almost completely full of air A flexible or articulated hose (29) can breathe compressed air
dans la cloche pour "refaire" le niveau, il aboutit à un flotteur ( 30) lui- in the bell to "redo" the level, it leads to a float (30) itself
même relié par un câble ( 31) à la cloche Lorsque, pour une raison quelconque, le volume d'air dans la cloche a even connected by a cable (31) to the bell When, for any reason, the volume of air in the bell has
diminué de plus d'un certain pourcentage ( 30 % par exemple), le lest ( 25) en- decreased by more than a certain percentage (eg 30%), ballast (25)
traîne la cloche vers le bas jusqu'à ce que le fond soit atteint ou jusqu'à drag the bell down until the bottom is reached or until
ce que le câble ( 31) se tende et enfonce le flotteur ( 30) ce qui donne l'a- the cable (31) is stretched and depresses the float (30) which gives the
lerte Ce flotteur est calculé pour ne pas s'enfoncer entièrement même si la cloche a perdu tout son gaz L'extrémité supérieure du tuyau ( 29) reste ainsi toujours accessible et permet le regonflement de la poche d'air avec un compresseur mobile par exemple Pour remonter la cloche et ses deux lests, il suffit d'insuffler de l'air comprimé plus vite qu'il ne peut s'échapper par l'orifice ( 24) Il existe d'autres moyens de réaliser ces cloches Elles peuvent, par This float is calculated not to sink completely even if the bell has lost all its gas The upper end of the pipe (29) and remains always accessible and allows the inflation of the air pocket with a mobile compressor for example To raise the bell and its two weights, it suffices to blow compressed air faster than it can escape through the orifice (24). There are other ways to make these bells.
exemple, consister en des enceintes faites d'un matériau souple, comme le ca- for example, consist of enclosures made of a flexible material, such as
outchouc, et être ancrées par un câble sur un lest suffisant ou sur tout au- can be anchored by a cable on a sufficient ballast or on any other
tre point d'attache adéquat L'avantage de cette forme de réalisation est que la surface d'interaction de l'eau et du gaz est la plus grande possible The advantage of this embodiment is that the interaction surface of water and gas is as large as possible
-10 L'inconvénient, pour certaines applications, est -qu'il est difficile d'intro- The disadvantage for some applications is that it is difficult to introduce
duire une forte absorption d'énergie Une certaine absorption peut résulter du choix du matériau de l'enceinte, qui peut avoir un fort coefficient de frottement interne, on peut aussi l'obtenir en plaçant des matériaux finement divisés, des fibres de verre par exemple, dans la poche de gaz, enfin, on peut aussi placer ces cloches souples à l'intérieur de cages rigides à parois perforées A certain absorption can result from the choice of the material of the enclosure, which can have a high coefficient of internal friction, it can also be obtained by placing finely divided materials, glass fibers for example in the gas bag, finally, we can also place these soft bells inside rigid cages with perforated walls
La figure 4 montre un mode de réalisation très simple qui peut s'appli- Figure 4 shows a very simple embodiment that can be applied to
quer, par exemple, à la protection des parois verticales d'une cuve métallique contenant un liquide, On soude de place en place sur la paroi ( 40) des tôles triangulaires ( 41) et ( 42), soudées entre elles sur leur arête commune ( 43) On forme for example, to the protection of the vertical walls of a metal vessel containing a liquid, is welded from place to place on the wall (40) of the triangular plates (41) and (42) welded together on their common edge (43) One forms
ainsi une sorte de hotte de forme pyramidale que la figure 4 a montre en cou- thus a sort of pyramidal hood that Figure 4 has shown in
pe verticale perpendiculaire à la paroi et que la figure 4 b montre en éléva- perpendicular to the wall and that Figure 4b shows in elevation
tion vue de l'intérieur de la cuve La poche de gaz est formée sous cette hotte au cours du remplissage La figure 5 montre une réalisation adaptée à la protection d'un fond de cuve Parmi les applications possibles de l'invention, on peut citer Protection des barrages contre l'effet des seismes ou des explosions dans le réservoir Protection des parois de toute enceinte contenant un liquide contre toute fluctuation brutale de pression, due, par exemple, à une explosion,à un coup de bélier, à une instabilité thermique (caléfaction) etc The gas pocket is formed under this hood during filling. FIG. 5 shows an embodiment adapted to the protection of a bottom of the tank. Among the possible applications of the invention, mention may be made of Protection of dams against the effect of seisms or explosions in the tank Protection of the walls of any enclosure containing a liquid against sudden fluctuations in pressure, due, for example, to an explosion, a water hammer, thermal instability (calefaction) etc
Protection de structures maritimes contre l'effet de seismes, d'ex- Protection of maritime structures against the effect of earthquakes,
plosions et de chocs dus aux vaguesplosions and shocks due to waves
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |