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WO 94/21957 PCT/FR94/00317
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Système de régulation d'air pour réservoir hydropneumatique.
La présente invention concerne un système de régulation d'air
pour un réservoir hydropneumatique équipant une canalisation
hydraulique qui peut être un réseau de distribution en eau potable ou
d'irrigation, ou un réseau d'évacuation d'eaux usées ou de liquides
chimiques.
Le réservoir hydropneumatique peut fonctionner en réservoir de
régulation (ou hydrophore) pour réguler la pression de pompage et
assurer la continuité du service dans la canalisation, dans une plage de
pression entre un seuil haut et un seuil bas. Au dépassement du seuil
haut de pression, la pompe (ou une des pompes) d'alimentation de la
canalisation est arrêtée. Le réservoir de régulation fait alors un apport
en eau dans la canalisation. Lorsque le seuil bas est atteint, la pompe
est redémarrée pour assurer une pression suffisante dans la
canalisation.
Le réservoir hydropneumatique peut également être utilisé comme
un réservoir anti-bélier d'une canalisation hvdrauliaue afin de
compenser des effets de dépression et de surpression provoqués par
exemple par un arrêt d'une pompe ou une fermeture de vanne. Le
fonctionnement d'un tel réservoir est connu notamment par le brevet
français 2 416 417 (ROCHE).
Un problème important pour assurer le bon fonctionnement du
réservoir hydropneumatique réside dans le maintien d'un volume d'air
constant dans le réservoir. En effet, le réservoir hydropneumatique
contient, en fonctionnement, de l'eau ou un liquide quelconque en
écoulement dans la canalisation, et de l'air enfermé dans le réservoir
juste au-dessus de la surface d'eau. La dissolution de l'air dans l'eau
ou inversement le dégagement gazeux du liquide pouvant se produire
dans certains cas créent une variation du volume d'air enfermé dans le
réservoir. I1 est donc nécessaire d'apporter des solutions permettant
d'introduire de l'air dans le réservoir en cas d'insuffisance, et
d'évacuer de l'air en trop du réservoir dans le cas contraire.
D'une manière générale, l'apport en air dans le réservoir
hydropneumatique est assuré au moyen d'un compresseur d'air ou d'un
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injecteur d'air extérieur.
Le compresseur d'air a pour inconvénient principal que l'air
introduit dans le réservoir contient des gouttelettes ou vapeurs d'huile
envoyées par le compresseur. Si la présence d'huile ainsi apportée
dans le réservoir n'est pas gênante pour l'évacuation des eaux usées, il
n'en est pas de même pour l'alimentation en eau potable.
Les injecteurs d'air permettent de supprimer les entraînements
d'huile dans l'air injecté au réservoir hydropneumatique. Ils ne
permettent pas de compenser avec exactitude la variation du volume
d'air dans le réservoir. En effet, seule l'expérience permet jusqu'à
présent de fixer le volume d'air supplémentaire à apporter au réservoir
en fonction notamment de la contenance du réservoir et de la pression
de l'eau dans la canalisation, étant donné que la dissolution de l'air au
contact de l'eau dépend de nombreux facteurs. Comme conséquence, il
peut se produire, soit une insuffisance, soit un surplus d'air injecté
dans le réservoir qui provoquent une incapacité de régulation correcte
et, pour le second cas, des poches d'air pouvant être véhiculées par
l'eau dans la canalisation et donner naissance à des coups de bélier.
En outre, l'injecteur d'air classique souffre d'autres imperfections:
l'utilisation approximative du volume disponible dans l'injecteur pour
le cycle de remplissage en eau (injection d'air dans le réservoir) /
vidange (introduction de l'air dans le dispositi f , l'absence de moyens
de protection de la soupape d'admission d'air du dispositif contre le
risque de détérioration par contact avec l'eau (notamment eaux usées),
l'absence de préoccupation de la qualité de l'air injecté dans le
réservoir, et dans le cas d'une canalisation avec pompe immergée,
l'utilisation d'un siphon de vidange dans la canalisation qui crée une
perte en rendement de la pompe immergée à cause de l'évacuation
permanente d'eau pompée par le siphon, et chaque démarrage de la
pompe immergée entraîne nécessairement une injection de l'air dans le
réservoir même si une telle injection n'est pas demandée.
Le réservoir hydropneumatique comprend en général un corps
creux dénommé ballon qui communique avec la canalisation pour
contenir le liquide. Le ballon peut être muni ou non d'une vessie. Pour
un ballon sans vessie, il est nécessaire de prévoir un moyen d'injection
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de l'air dans le ballon afin de compenser la dissolution de l'air dans le
liquide à l'intérieur du ballon.
Jusqu'à présent, la détection du dépassement des niveaux seuil du
liquide dans un ballon sans vessie est généralement obtenue à l'aide de
contacts électriques montés sur la paroi latérale du ballon à travers
une fenêtre pratiquée sur ladite paroi. Cette solution présente des
inconvénients sur le plan pratique, notamment le problème de dépôt
d'impuretés suz~ les contacts électriques dont le fonctionnement peut en
être altéré et des difficultés voire impossibilités pour la modification
des réglages.
Par ailleurs, un problème supplémentaire existe lorsque l'injection
d'air dans le réservoir hydropneumatique est effectuée via la
canalisation d'eau. En effet, la quantité d'air introduite dans le
réservoir via la canalisation n'est pas totale, car une partie de l'air
injecté dans la canalisation en amont du réservoir est véhiculée
directement par la canalisation en aval du réservoir sans entrer dans le
réservoir. Il en résulte une moindre efficacité du système, difficile
d'ailleurs à déterminer, et la présence d'air dans la canalisation en aval
du réservoir peut poser de sérieux problèmes sur le plan hydraulique.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients
précités en proposant un système de régulation d'air pour réservoir
hydropneumatique qui permet d'introduire un volume d'air
correspondant précisément au complément nécessaire au réservoir.
L'invention a également pour objet un système de régulation d'air
permettant de fournir un volume d'air constant à chaque cycle de
remplissage et de vidange du systëme.
L'invention a en outre pour objet un système de régulation d'air
dont le moyen d'admission d'air est protégé contre la détérioration ou
le colmatage au contact du liquide.
L'invention a encore pour objet un système de régulation d'air qui
fournit au réservoir hydropneumatique de l'air compatible avec le
liquide véhiculé dans la canalisation hydraulique permettant d'éviter la
pollution du liquide par l'air introduit.
Le système de régulation d'air pour un réservoir
hydropneumatique d'une canalisation hydraulique selon l'invention,
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comprend une chambre, un moyen de remplissage d'eau de
la chambre, un moyen de vidange d'eau de la chambre, un
moyen d'introduction automatique d'air dans la chambre
pendant la vidange, et un moyen d'injection automatique
de l'air de la chambre vers le réservoir pendant le
remplissage. Selon l'invention, le système comprend en
outre un moyen de commande relié à au moins un
détecteur de dépassement d'un niveau seuil du liquide
contenu dans le réservoir, et aux moyens de remplissage
et de vidange d'eau de la chambre. Lorsque le détecteur
fournit un signal correspondant à une insuffisance de
volume d'air dans le réservoir, le moyen de commande
déclenche au moins un cycle de remplissage/vidange de
la chambre jusqu'à ce que le détecteur indique que le
volume d'air dans le réservoir est redevenu suffisant.
Grâce à l'invention, on peut maîtriser avec
précision le problème de dissolution de l'air au
contact de l'eau dans le réservoir de régulation.
Selon un mode de réalisation préféré de
l'invention, on peut équiper le sommet de la chambre
d'un détecteur de niveau du liquide, relié au moyen de
commande pour indiquer la fin du remplissage de la
chambre . Le moyen de commande peut alors déclencher la
phase de vidange de la chambre à ce moment précis. De
même, on peut équiper le fond inférieur de la chambre
d'un détecteur de niveau du liquide relié au moyen de
commande, pour indiquer la fin de la vidange pour
permettre au moyen de commande de déclencher la phase
de remplissage de la chambre. Ainsi, le volume d'air
injecté dans le réservoir est constant pour chaque
cycle de remplissage/vidange de la chambre du système
et, surtout, les phases remplissage/vidange de la
chambre peuvent se succéder sans temps mort tant que le
manque d'air persiste.
Avantageusement, la chambre du système de
régulation d'air comporte un tube sensiblement vertical
dont l'extrémité inférieure débouche dans la paroi
~..,~,..
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supérieure de la chambre, l'extrémité supérieure du
tube étant pourvue d'une électro-vanne pour l'admission
de l'air dans la chambre. Le tube vertical joue le rôle
d'une chambre de compression entre l'électro-vanne
d'admission de l'air et la surface du liquide dans la
chambre empêchant le liquide d'atteindre l'électro
vanne d'admission de l'air, ce qui permet de protéger
l'électro-vanne contre une détérioration possible au
contact du liquide, surtout dans le cas des eaux usées
ou des liquides chimiques.
De préférence, l'électro-vanne d'admission de
l'air du système est connectée à une extrémité d'une
conduite, l'autre extrémité de la conduite étant placée
au voisinage immédiat de la surface de l'eau à pomper,
de façon à ce que l'air injecté par le système dans le
réservoir soit compatible avec l'eau véhiculée par la
canalisation. Ce point est particulièrement important
pour une canalisation d'alimentation en eau potable
afin d'éviter tout risque de pollution de l'eau par
l'air injecté. En effet, l'air atmosphérique au
voisinage de l'électro-vanne d'admission de l'air peut
contenir des particules nocives qui peuvent détériorer
la qualité de l'eau.
Avantageusement, le réservoir hydropneuma
tique comprend en outre une barre creuse rendue
solidaire du réservoir et plongée verticalement vers le
bas dans le réservoir. L'extrémité inférieure de la
barre creuse est fermée de façon à former une cavité
longitudinale isolée de l'intérieur du réservoir par la
paroi de la barre creuse. Dans la cavité de la barre
est ( sont ) logé ( s ) le ( s ) détecteur ( s ) de dépassement de
niveau seuil.
De préférence, la hauteur du ou des
détecteurs) dans la barre creuse peut être réglée de
façon à permettre la modification des niveaux seuil du
liquide dans le corps creux du réservoir selon besoin.
Le (s) détecteur (s) peu (ven) t être du type capacitif ou
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équivalent qui fourni(ssen)t des signaux différents
lorsqu'il y a présence ou absence du liquide à leur
hauteur.
Grâce à l'invention, on supprime les
problèmes de résistance à la pression, d'étanchéité et
de dépôt d'impuretés connus pour les moyens de
détection classiques et on peut adapter facilement le
réservoir pour réguler la pression du liquide à des
plages différentes selon les besoins liés à la nature
de la canalisation et à son nouveau régime hydraulique
souhaité. De plus, on peut choisir des barres creuses
de faible diamètre résistantes aux fortes pressions.
Selon un autre mode de réalisation
préféré de l'invention, le système comprend un piège
à air associé au réservoir hydropneumatique dans
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le cas où l'air est injecté dans le réservoir par l'intermédiaire de la
canalisation. Le piège à air permet de supprimer les départs d'air dans
la canalisation en aval du réservoir, ce qui supprime les problêmes qui
peuvent en résulter et rend une efficacité totale au système.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront
à fa description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre
nullement limitatif et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels
les figures lA, 1B montrent schématiquement le fonctionnement
du système de l'invention,
les figures 2 et 3 représentent deux variantes du système par
rapport au mode illustré sur les figures lA et 1B,
la figure 4 est une variante du système pour le cas d'une pompe
immergée sans clapet de retenue associé à la pompe,
la figure 5 illustre une autre variante du système de l'invention
avec la chambre séparée de la canalisation,
la figure 6 est un schéma montrant un réservoir hydropneumatique
de l'invention avec les détecteurs de niveau seuil immergés dans le
liquide,
la figure 7 est un schéma montrant un réservoir hydropneumatique
selon l'invention avec un tube creux pour les détecteurs de niveau
seuil,
la figure 8 est un schêma montrant une variante de réalisation de
l'invention,
la figure 9 est un schéma montrant une autre variante de
réalisation de l'invention,
la figure 10 est un schéma montrant une autre variante de
réalisation de l'invention,
la figure 11 est une vue en coupe selon XI-XI de la figure 10,
la figure 12 est un schéma montrant une autre variante de
réalisation de l'invention,
la figure 13 est une vue en coupe selon XIII-XIII de la figure 12,
la figure 14 est un schéma montrant un piège à air selon
l'invention,
la figure 15 est un schéma montrant un autre piège à air selon
3~ l'invention, et
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la figure 16 est un schéma montrant un dispositif de sécurité selon
l'invention.
Comme montré sur les figures lA et 1B, le système de régulation
d'air est destiné à un réservoir hydropneumatique 1 sous forme d'un
ballon, sans vessie, dont la partie inférieure lb est connectée à une
canalisation hydraulique 2. Le système comprend un dispositif
d'injection d'air installé en amont du réservoir 1 dans la canalisation 2
et en aval d'une pompe d'alimentation 3 immergée ou non dans une
retenue d'eau 4 qui peut être un puits, un forage ou une bâche. Un
clapet de retenue 5 est associé à la pompe d'alimentation 3. Il s'agit du
clapet de pied de cette pompe ou d'un clapet installé en aval et qui
évite tout retour d'eau. Le clapet 5 peut ne pas être prévu, notamment
si un détecteur de niveau d'eau 26 mentionné ci-après est installé.
Le dispositif d'injection d'air comprend une chambre 6 formée par
un tronçon de canalisation 2, le tronçon 6 étant délimité dans le sens
de l'écoulement normal 7 de l'eau dans la canalisation 2, d'une part à
son extrémité aval par un clapet anti-retour 8 monté sur la canalisation
2 en amont du réservoir 1, et d'autre part à son extrémité amont par un
niveau d'eau 9 défini par une électro-vanne d'évacuation d'eau 10.
L'extrémité amont du tronçon formant chambre 6 est à une cote
inférieure à l'extrémité aval du tronçon. Une conduite 11 relie la
canalisation 2 en aval du clapet anti-retour 8 au tronçon 6 afin de
permettre le remplissage de la chambre 6 en eau. Une électro-vanne 12
est installée sur la conduite 11 pour contrôler le remplissage de la
chambre 6 en eau par la conduite 11. L'électro-vanne d'évacuation 10
constitue un moyen de vidange de la chambre 6, l'eau évacuée étant
éventuellement collectée dans un réservoir de rejet 13.
Le dispositif d"injection d'air comprend en outre une électro-vanne
d'admission d'air 14 reliée d'une part à la chambre 6 par
l'intermédiaire d'un tube vertical 15 débouchant dans la paroi
supérieure au sommet de la chambre 6, et d'autre pan à une conduite
16 qui prélève de l'air au voisinage de la surface d'eau 17 de la retenue
d'eau 4. Ainsi, l'air introduit dans la chambre 6 via la conduite 16,
l'électro-vanne d'admission 14 et le tube vertical 15 est compatible
avec l'eau véhiculée dans la canalisation ? (notamment exempt de
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pollution). La paroi supérieure de la chambre 6 communique avec la
partie inférieure lb du réservoir hydropneumatique 1 via une conduite
18 équipée d'un clapet asti-retour 19.
Le principe d'injection d'air dans le réservoir 1 est relativement
simple. La pompe d'alimentation 3 s'arrête, le clapet associé 5
empêchant l'eau contenue dans la canalisation 2 en aval de la pompe 3
de s'échapper par cette dernière. S'il y a manque d'air dans le réservoir
l, l'électro-vanne d'évacuation 10 s'ouvre pour faire la vidange de la
chambre 6 jusqu'à ce que le niveau de vidange 9 soit atteint. En même
temps que l'ouverture de l'électro-vanne d'évacuation 10, on ouvre
l'électro-vanne d'admission d'air 14 dans la chambre 6. Le clapet anti-
retour 8 empêche l'eau en aval contenue dans la canalisation 2 de
passer dans la chambre 6. Il en est de même pour le clapet anti-retour
19 qui empêche l'eau du réservoir 1 de pénétrer dans la chambre 6.
Pendant la vidange, l'électro-vanne 12 de remplissage reste fermée.
En fin de vidange, la chambre 6 est remplie d'air comme illustré
sur la figure lA. On ferme alors les électro-vannes d'évacuation d'eau
10 et d'admission d'air 14 et on ouvre l'électro-vanne de remplissage
12. La conduite 11 permet alors d'alimenter la chambre 6 en eau
contenue dans la canalisation 2 en aval du clapet anti-retour 8. L'air
contenu dans la chambre 6 est chassé par la conduite 18 vers le
réservoir 1 (figure 1B). Les bulles d'air 20 ainsi créées dans l'eau
contenue dans le réservoir 1 remontent jusqu'à la surface 21 qui
représente la séparation entre l'eau et l'air dans le réservoir 1. L'air
ainsi introduit dans le réservoir 1 contribue donc à l'augmentation du
volume d'air du réservoir. A la fin de la phase de remplissage de la
chambre 6, si le volume d'air introduit n'est pas suffisant, le cycle de
vidange et de remplissage de la chambre 6 recommence.
Selon l'invention, le système de régulation d'air comprend un
moyen de commande 22 qui est relié à au moins un détecteur 23 via
une liaison 24 pour indiquer le dépassement d'un niveau seuil dans le
réservoir 1 par la surface d'eau 21 pour un état donné (arrêt de pompe
par exemple). Le moyen de commande ?2 est relié également aux
électro-vannes d'évacuation d'eau 10, de remplissage d'eau 12 et
d'admission d'air 14 afin de commander leurs ouvertures et fermetures
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pour le fonctionnement du cycle remplissage/vidange de la chambre 6
en fonction du signal émis par le détecteur 23.
Dans le cas illustré sur les figures 1 A et 1 B, le niveau d'eau 21
dans le réservoir 1 à l'arrêt de la pompe 3 est supérieur au niveau du
détecteur 23 qui définit le niveau d'eau dans le réservoir 1 à l'arrêt de
la pompe 3 pour un gonflage correct du réservoir 1. Cela signifie que
le volume d'air contenu dans le réservoir 1 devient inférieur au volume
normal nécessaire, à cause de la dissolution de l'air dans l'eau. Le
détecteur 23 immergé dans l'eau émet alors un signal au moyen de
commande 22 qui déclenche le cycle de vidange/remplissage de la
chambre 6 du dispositif comme précédemment décrit. Lorsque le
volume d'air apporté par le dispositif au réservoir 1 est suffisant pour
compenser la perte du volume d'air dans le réservoir 1, le niveau d'eau
21 dans le réservoir atteint le niveau du détecteur 23 qui n'est plus
immergé dans l'eau. Le signal correspondant émis par le détecteur 23
au moyen de commande 22 perniet à ce dernier d'arrêter le cycle de
remplissage/vidange du dispositif. Lorsque la pompe d'alimentation 3
démarre pour alimenter la canalisation 2, les électro-vannes
d'évacuation d'eau 10, de remplissage d'eau 12 et d'admission d'air 14
sont et demeurent fermées.
Afin d'augmenter la précision du volume d'air introduit dans le
réservoir 1 à chaque cycle de remplissage/vidange de la chambre 6 du
dispositif mais surtout pour que les phases remplissage/vidange de la
chambre 6 se succèdent sans temps mon tant que le manque d'air
persiste, on peut éventuellement équiper la chambre 6 d'un détecteur
supérieur 25 au sommet de la chambre dans le tube vertical 15 et d'un
détecteur inférieur 26 pour indiquer le niveau de vidange 9 de la
chambre 6. Les détecteurs de niveau peuvent être de simples contacts
électriques qui émettent des signaux différents en présence et en
absence de l'eau à leur niveau et qui sont reliés au moyen de
commande 22.
La figure 2 montre une variante du système qui diffère du mode
précédemment décrït par son mode de remplissage de la chambre 6 et
d'injection de l'air dans le réservoir 1. Selon ce mode de réalisation en
effet, le remplissage de la chambre 6 s'effectue directement au moyen
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de la pompe 3. L'air contenu dans la chambre 6 est injecté à travers le
clapet anti-retour 8 dans la canalisation 2 en aval du clapet 8, la
canalisation 2 véhiculant le volume d'air injecté jusque dans le
réservoir 1.
La chambre 6 est formée par un tronçon de canalisation 2 qui fait
un coude. La partie verticale du tronçon coudé fait partie de la
conduite de refoulement de pompage de la canalisation 2. Le tube
vertical 15 reliant l'électro-vanne d'admission d'air 14 et le sommet de
la chambre 6 forme une chambre de compression qui emprisonne de
l'air interdisant à l'eau véhiculée dans la chambre 6 d'entrer en contact
avec l'électro-vanne d'admission 14. Selon ce mode de réalisation,
chaque remplissage de la chambre 6 nécessite un démarrage de la
pompe associée 3.
Le mode illustré sur la figure 3 est sensiblement identique au
mode illustré à la figure 2 sauf en ce qui concerne la forme de la
chambre 6 du système. Au lieu d'avoir un tronçon coudé, la chambre 6
peut tout simplement être constituée par un tronçon incliné de la
canalisation 2.
La figure 4 montre un mode de réalisation simplifié du système de
l'invention. On supprime le clapet de retenue 5 associé à la pompe 3.
Dans ce cas, l'arrêt de la pompe 3 et l'ouverture de l'électro-vanne
d'admission d'air 14 ramènent le niveau d'eau 9 dans la canalisation au
même niveau que la surface 17 de l'eau pompée. Par rapport au
mode de réalisation illustré sur la figure 2, on n'a plus besoin de
prévoir une électro-vanne d'évacuation 10 ni un détecteur inférieur de
niveau 26 puisqu'à coup sûr, le niveau de vidange 9 coïncide avec la
surface 17 de l'eau de pompage. Le remplissage de la chambre 6 est
effectué au moyen de la pompe 3 et l'air admis par l'électro-vanne 14
(qui est maintenant fermée) dans la chambre 6 est chassé dans le
réservoir 1 par l'intermédiaire du clapet anti-retour 8 et d'une partie de
canalisation 2 en amont du réservoir 1. La vidange de la chambre 6
s'effectue par l'arrêt de la pompe 3 et l'ouverture de l'électro-vanne
d'admission d'air 14 mais seulement, comme précédemment, s'il y a
manque d'air dans le réservoir 1.
Dans le cas des ouvrages profonds, la hauteur de la canalisation 2
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ainsi vidangée peut être trop importante pour injecter un volume d'air
correct au réservoir 1. Il suffit alors de fermer l'électro-vanne 14
d'admission d'air, soit au bout d'un temps prédéterminé après l'arrêt de
la pompe 3, soit au dépassement par le niveau d'eau du détecteur
inférieur 26 placé à une hauteur prédéterminée de la canalisation 2. Le
niveau de vidange 9' est alors supérieur à la surface 17 d'eau de pompage.
On peut ainsi régler le volume de la chambre 6 du dispositif.
Au lieu de prendre un tronçon de la canalisation 2 comme chambre
pour le dispositif d'injection d'air, il est possible de prévoir une
chambre 6 séparée de la canalisation 2 comme le montre la figure S. Il
est ainsi possible de faire fonctionner le dispositif de l'invention
indépendamment de l'état de fonctionnement de la pompe 3 associée â
la canalisation 2 (figure lA), alors que dans le cas où la chambre 6
fait partie intégrante de la canalisation 2, le dispositif ne peut
fonctionner qu'en relation avec la pompe 3. Le fonctionnement du
dispositif selon la figure S est comparable à celui illustré sur les
figures lA et 1B.
Selon la figure 5, la chambre 6 est réalisée sous forme d'un ballon
dont la paroi supérieure communique avec le tube vertical 15
d'admission d'air et le tube d'injection d'air 18 vers le réservoir 1 via
le clapet anti-retour 19. Le remplissage et la vidange de la chambre 6
s'effectuent au moyen d'une électro-vanne 27 à deux voies, la première
27a est reliée à la conduite de remplissage 11 et la seconde 27b reliée
à la conduite d'évacuation 28. L'électro-vanne 27 communique avec
l'intérieur de la chambre 6 via un tube vertical 29 traversant le fond du
ballon formant chambre 6 et dont l'extrémité supérieure peut dépasser
le fond de la chambre d'une hauteur h. On conçoit bien que le niveau
de vidange 9 de la chambre 6 est défini par la hauteur de l'extrémité
supérieure du tube vertical 29. I1 est donc possible de régler le volume
utile de la chambre pour l'injection d'air en faisant varier la hauteur h
du tube vertical 29. Avantageusement, on peut prévoir un détecteur
supérieur 25 dans le tube vertical 15 d'admission d'air et un détecteur
inférieur 26 au niveau rendu solidaire de l'extrémité supérieure du
tube vertical 29 de communication. La conduite 18 d'injection de l'air
peut être reliée directement au réservoir ou à la canalisation 2 en
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amont du réservoir.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention illustré sur
la figure 6, le système de régulation comprend un réservoir 1
cylindrique vertical ou horizontal dont les extrémités sont légèrement
S bombées (ballon), un compresseur d'air 30 et des contacts électriques
23a, 23b en supposant qu'il s'agit d'un réservoir hydrophore (ou de
régulation) pour un pompage à la demande (ou surpression) avec une
seule pompe par exemple débitant dans la canalisation 2. Toutefois, ce
qui est précisé ci-après peut être généralisé, moyennant des
modifications mineures, aux réservoirs hydrophores équipant des
installations comportant plusieurs pompes et aux réservoirs anti-
bélier.
Le compresseur d'air 30 communique avec l'intérieur du ballon 1
via une conduite d'air 18 débouchant dans la paroi supérieure la du
ballon 1.
Les détecteurs supérieur 23a et inférieur 23b fixent les niveaux de
seuil haut et de seuil bas prédéterminés pour le liquide dans le ballon
1 en vue de réguler l'écoulement du liquide dans la canalisation 2. Les
niveaux de seuil haut et de seuil bas dans le ballon 1 correspondent à
des pressions limites supérieure et inférieure définies pour
l'écoulement du fluide dans la canalisation 2. Les détecteurs 23a et
23b sont reliés d'une part au compresseur d'air 30 via une liaison 31 et
d'autre part via une liaison 32 à une ou plusieurs pompes non
représentées qui alimentent la canalisation 2 en liquide.
En fonctionnement normal du système de régulation, le ballon 1
est en partie rempli par le liquide qui s'écoule dans la canalisation 2.
Le niveau 21 du liquide dans le ballon devrait se trouver entre les
niveaux seuil haut et seuil bas déterminés par les détecteurs 23a et
23b. Lorsque le niveau 21 devient supérieur à la hauteur du détecteur
23a, ce qui correspond à une pression du liquide qui dépasse la
pression supérieure déterminée du réseau, le détecteur 23a émet un
signal au moyen de commande 22 qui arrête le pompage alimentant la
canalisation 2. La continuité de la fourniture du liquide sous pression
est alors assurée par le liquide contenu dans le ballon 1 qui alimente
via sa partie inférieure 1 b la canalisation 2. Le ballon 1 se vidange
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donc et lorsque le niveau du liquide 21 devient inférieur â la hauteur
du détecteur inférieur 23b, ce qui signifie que la pression du liquide
dans la canalisation 2 devient inférieure à la limite inférieure
autorisée, le détecteur 23b envoie un signal au moyen de commande 22
qui délivre un signal de démarrage via la liaison 32 pour mettre en
marche la pompe. .Alors, de nouveau, la pression dans la canalisation 2
augmente et le niveau du liquide 21 dans le ballon 1 augmente. De
cette façon, on peut réguler la pression du liquide dans la canalisation
2.
Le fonctionnement du système de régulation comme ce qui vient
d'être décrit nécessite que la ballon 1 soit correctement gonflé, non
seulement pour son gonflage initial, mais également pour compenser
une diminution du volume d'air à l'intérieur du ballon 1 due à la
dissolution de l'air dans le liquide.
1 S Le gonflage ïnitial du ballon détermine les pressions limites
supérieure et inférieure du réseau correspondant à la hauteur des
détecteurs 23a et 23b du ballon. Un mauvais gonflage initial du ballon
entraînerait donc un décalage de la plage des pressions admises soit
vers des valeurs supérieures soit vers des valeurs inférieures, ce qui
pourrait être néfaste pour la canalisation 2 et éventuellement pour les
usagers.
Parrtant d'un bon gonflage du ballon, lorsque la pompe s'arrête (est
à l'arrêt pour un réservoir anti-bélier), si le niveau 21 du liquide est
supérieur au niveau seuil supérieur indiqué par le détecteur 23a, cela
signifie que le gonflage du ballon 1 est devenu insuffisant. Le
détecteur 23a immergé dans le liquide envoie un signal au compresseur
d'air 30 via le moyen de commande 22 et la liaison 31. Le compresseur
d'air 30 démarre et envoie de l'air comprimé dans le ballon via la
conduite 18 jusqu'à ce que le niveau 21 du liquide atteigne le niveau
du détecteur 23a, lequel émet alors un signal d'arrêt au compresseur
d'air 30 via le moyen de commande 22 et la liaison 31. Le gonflage du
ballon est rétabli correctement.
Le système de régulation décrit précédemment présente les
détecteurs 23a et 23b fixés à la paroi intérieure du ballon 1 et exposés
au liquide qui peut contenir des impuretés. Le dépôt d'impuretés sur
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les détecteurs 23a et 23b peut détériorer leur fonctionnement à long
terme. De plus, la fixation des détecteurs 23a et 23b nécessite
l'ouverture de fenêtres à travers la paroi latérale du ballon 1 et il n'y a
pas de possibilité de modifications aisées de la position de ces
détecteurs, donc des réglages.
La figure 7 illustre un système de régulation de l'invention dans
un mode de fonctionnement comparable au système décrit
précédemment et illustré sur la figure 6. Le système de régulation
comprend une barre creuse 33 plongée verticalement à l'intérieur du
ballon 1 à partir de sa partie supérieure la. L'extrémité inférieure 33a
de la barre creuse 33 est fermée afin d'isoler complètement l'intérieur
de la barre creuse 33 par rapport à l'intérieur du ballon 1. En prenant
la même hypothèse que précédemment, c'est-à-dire un réservoir
hydrophore et une seule pompe, deux détecteurs de niveau 23a et 23b
sont disposés à l'intérieur de la barre creuse 33 avec une différence de
hauteur prédéterminée définissant des niveaux seuil haut et seuil bas
du liquide dans le ballon 1.
De préférence, la barre creuse 33 est réalisée sous forme tubulaire
et montée coaxialement au ballon 1. Le tube central 33 est réalisé à
partir d'une matière non métallique pour permettre l'installation des
détecteurs 23a, 23b de type capacitif ou équivalent. Le tube central 33
peut également être métallique si des détecteurs autres que de type
capacitif et pouvant agir au travers de parois métalliques sont utilisés.
Avantageusement, les capteurs 23a et 23b peuvent être réglés en
hauteur à l'intérieur du tube central 33 afin d'adapter le ballon 1 aux
exigences en pression de la canalisation 2. Pour rendre les capteurs
23a et 23b réglables en hauteur, on peut utiliser des tringles plongées
dans le tube 33 et sur lesquelles sont montés les détecteurs. On peut
également envisager des butées à des hauteurs déterminées dans le
tube pour caler les détecteurs. Les détecteurs 23a et 23b sont protégés
par la paroi du tube central 33 contre des dépôts d'impuretés
véhiculées par le liquide.
Le ballon 1 peut comporter une soupape 34 à sa paroi supérieure
1 a qui permet d'évacuer de l'air de l'intérieur du ballon 1 vers
l'extérieur, cela dans le but d'éviter une surpression non souhaitable à
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l'intérieur du ballon 1. Cela peut être le cas par exemple si le liquide
dégage un mélange gazeux, par exemple de l'air, dans le ballon.
Le fonctionnement du systême illustré sur la figure 7 pour la
régulation en pression de la canalisation est identique au
5 fonctionnement du système de la figure 6 et ne sera pas davantage
décrit.
Bien entendu comme indiqué précédemment, le nombre de
détecteurs de niveau utilisés pour le réservoir peut varier selon besoin.
Par exemple dans le cas oû le réservoir est utilisé comme un ballon
10 anti-bélier, on peut se contenter d'un seul détecteur de niveau, tel que
le détecteur de niveau seuil haut 23a à l'intérieur du tube central 33.
Le déclenchement du compresseur d'air 30 par le détecteur 23a en cas
d'insuffisance de volume d'air dans le ballon 1 est réalisé selon le
même principe que ci-dessus.
15 Pour les autres modes de réalisation de l'invention qui sont
illustrés sur les figures 8 à 13, le système peut fonctionner aussi bien
pour la régulation en pression dans la canalisation 2 que pour éviter le
coup de bélier dans la canalisation 2. De même, on peut prévoir une
soupape 34 sur la paroi supérieure la du ballon 1 en cas de besoin.
Etant donné que les principes de fonctionnement des différents modes
de réalisation de l'invention sont comparables l'un à l'autre, on se
contentera de décrire leur différence.
Selon le mode illustré sur la figure 8, la partie inférieure 1 b du
ballon 1 est pourvue d'une vanne 35 étanche à l'air qui contrôle la
communication entre le ballon 1 et la canalisation 2. Une conduite
d'évacuation 36 est prévue entre la partie inférieure lb du ballon et la
vanne 35. La conduite d'évacuation 36 est reliée à un robinet de
vidange 37. Un tel équipement facilite le gonflage initial du ballon 1,
soit à la mise en service du réservoir, soit après un arrêt prolongé de
l'installation (en irrigation par exemple). Pour ce faire, on ferme la
vanne 35 et on ouvre le robinet de vidange 37. Lorsque le ballon 1 est
vidé, on ferme le robinet de vidange 37 et on gonfle le ballon 1, grâce
à la conduite 18, débouchant dans sa partie supérieure la, avec de l'air
comprimé provenant du compresseur d'air 30 ou d'une bouteille à air
comprimé, jusqu'à la pression désirée correspondant au gonflage
correct du ballon. On arrête ensuite l'injection de l'air et on ouvre la
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vanne 35 pour rétablir la communication entre le ballon 1 et la
canalisation 2.
L'équipement qui vient d'être décrit peut être utilisé pour les
autres modes de réalisation décrits et illustrés. Il suffit de prévoir un
orifice à la partie supérieure du réservoir pour permettre le gonflage
initial du réservoir à l'aide d'une bouteille à air comprimé.
Le réservoir selon la figure 9 differe de celui illustré sur la figure
7 en la conception du moyen d'injection de l'air dans le ballon 1. Au
lieu d'avoir un compresseur d'air 30 qui risque d'introduire des
gouttelettes ou vapeurs d'huile dans l'air injecté au ballon 1, on utilise
un dispositif d'injection d'air 38 qui est relié d'une part à la
canalisation 2 via une conduite 39 et d'autre part soit à la partie
inférieure du ballon 1 soit à la canalisation 2 en amont du ballon 1 via
une conduite 18 pourvue d'un clapet asti-retour 19. Le dispositif 38
permet d'introduire de l'air dans le ballon 1 grâce à des cycles de
vidange et de remplissage d'un réservoir auxiliaire ou chambre 6 du
dispositif. Le remplissage du réservoir auxiliaire 6 par le liquide
chasse l'air à la partie supérieure du réservoir auxiliaire du dispositif
dans le ballon 1 via la conduite de liaison 18, le clapet anti-retour 19
interdisant le retour de l'air et du liquide dans le réservoir auxiliaire 6.
Comme illustré sur la figure 10, le système de régulation
comprend un dispositif d'injection d'air 40 qui est intégré à la
canalisation 2 en amont du ballon 1 afin d'injecter l'air, en cas de
besoin, dans le ballon 1 via la canalisation 2. Quelques modes de
réalisation du dispositif d'injection d'air 40 ont déjà été décrits
précédemment et illustrés sur les figures 1 à 4.
A la partie inférieure lb du ballon 1, la canalisation 2 présente
une entrée 41 et une sortie 42 pour le liquide dans le ballon 1. L'entrée
41 peut être prolongée verticalement vers le haut par une conduite 43
faisant saillie à l'intérieur du ballon 1. Le but d'un tel prolongement
43 est de créer un piège à air injecté dans le liquide par le dispositif
d'injection d'air 40. L'air véhiculé par le liquide introduit dans le
ballon 1 par l'intermédiaire de l'entrée 41 remonte dans le ballon 1
jusqu'à la surface de séparation 21 entre l'air et le liquide contenus
dans le ballon 1 ou aboutit directement dans la zone d'air si cette
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surface 21 est située en-dessous du sommet de la conduite 43. Cette
configuration évite donc toute perte de volume utile dans le ballon 1.
La figure 12 montre une variante de réalisation du piège à air
constitué par l'entrée 41, le prolongement vertical éventuel 43 et la
sortie 42 du liquide à la partie inférieure lb du ballon 1. La différence
de structure du piège à air entre les modes illustrés sur les figures 10
et 12 est mieux illustrée par les figures 11 et 13.
Afin de ne pas créer de perte de charge dans la canalisation 2, il
est préférable d'avoir la même section transversale pour l'entrée 41
que pour la canalisation 2 immédiatement en amont du ballon 1. Il en
est de même pour la section, droite de la sortie 42 située au fond du
ballon 1 par rapport à la section de la canalisation 2 immédiatement en
aval du ballon 1. Tel qu'illustré sur la figure 11, l'entrée 41 et la sonie
42 sont constituées par deux compartiments d'une conduite tubulaire
44 séparée par une paroi centrale 45. La section de la cnnr~m;rP
tubulaire 44 correspond avantageusement à la somme des sections de
la canalisation 2 immédiatement en amont et en aval du ballon 1.
Selon la figure 13, les entrée 41 et sortie 42 sont indépendantes l'une
de l'autre et sont constituées par un simple coude de la canalisation 2
débouchant dans la partie inférieure lb du ballon 1.
Bien entendu, la conception d'un piège à air n'est utilisée que pour
le cas où l'injectïon de l'air dans le ballon 1 est réalisée par
l'intermédiaire de la canalisation 2. A part les structures illustrées sur
les figures 10 à 13, le piège à air peut prendre des formes diverses, il
suffit en effet que l'air introduit dans le ballon 1 par l'entrée 41 ne
puisse pas s'échapper avec le liquide à la sortie 42.
D'une manière générale, pour réaliser un piégeage d'air dans le
ballon 1, l'entrée 41 avec éventuellement son prolongement 43 doit
être située à un niveau au dessus de la sonie 42.
Les figures 14 et 15 montrent deux autres modes de réalisation du
piège à air. Selon la figure 14, l'entrée 41 débouche dans la paroi
latérale du ballon 1 au dessus du fond du ballon, et la sonie 42
débouche au fond du ballon. Ce mode est adapté notamment en eaux
usées, car des filasses ou autres corps longs véhiculés par le liquide
dans la canalisation 2 risquent de s'enrouler autour du prolongement
43 de l'entrée 41 illustré sur les figures 10 à 13.
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Les pièges à air précédemment décrits nécessitent que toute l'eau
pompée transite dans le ballon. Dans le cas des eaux usées, ils risquent
d'entraîner des dépôts au fond du ballon, car toutes les matières
transportées dans les eaux usées passent par le ballon 1. Le problème
S peut être résolu par le mode illustré sur la figure 15. La canalisation 2
présente une partie 2a à trois ouvertures et située immédiatement en
dessous du ballon 1. L'ouverture supérieure de la partie 2a débouche
dans la partie inférieure 1 b du ballon 1. Le liquide arrive par
l'ouverture intermédiaire de la partie 2a et sort par l'ouverture
inférieure de cette partie de canalisation. Les ouvertures intermédiaire
et inférieure sont reliées par un tronçon de conduite vertical ou incliné
d'un angle 8 au moins égal à 45° par rapport à l'horizontale.
Le piège à air selon la figure 15 permet donc de limiter la quantité
des matières transportées par les eaux usées qui transitent par le
ballon 1.
Afin d'empêcher la vidange accidentelle totale du ballon 1 et la
fuite d'air depuis le ballon vers la canalisation 2, on peut prévoir un
dispositif de sécurité à la partie inférieure lb du ballon à la sortie 42
du liquide.
Comme illustré sur la figure 16, le dispositif de sécurité comprend
un flotteur 46 en matériau léger, tel qu'une mousse ou une matière
plastique, une membrane souple 47 et des suspentes souples 48. La
membrane souple 47 est fixée au flotteur 46 par les suspentes souples
48. La partie inférieure lb du ballon présente une ouverture lc obturée
par une plaque horizontale 49 fixée au ballon 1 au moyen de boulons.
La plaque 49 présente une ouverture communiquant avec la sonie 42
pour le liquide, sur cette ouverture étant prévu une grille 50.
Le flotteur 46 sur lequel agit la poussée d'Archimède du liquide
maintient incurvée vers le haut la membrane souple 47 fixée au centre
de la grille 50. L'eau peut donc passer par la sortie 42. Lorsque le
niveau d'eau baisse exagérément dans le ballon 1, le flotteur 46
s'abaisse et la membrane 47 s'applique sur la grille 50 et sur la plaque
49, ce qui empêche la vidange complète du ballon 1. Sur la face
inférieure du flotteur 46 peuvent être prévus des ergots 51 permettant
à la pression du liquide de s'exercer uniformément sur la membrane 47
même lorsque le flotteur 46 est en contact avec elle.
