EQUIPEMENT POUR DOSER ET INJECTER AU MOINS DEUX PRODUITS DANS UN COURANT DE LIQUIDE.

L'invention est relative à un équipement pour doser et injecter au moins deux produits, dans un courant de liquide principal, équipement du genre de ceux qui comprennent au moins deux dispositifs de dosage montés en parallèle, chaque dispositif de dosage comprenant un moteur hydraulique actionné par le liquide principal et un moyen de pompage et d'injection entraîné par le moteur hydraulique.

Généralement, chaque dispositif de dosage comporte un moyen de réglage du dosage, lequel dosage peut être différent d'un dispositif à l'autre selon la nature du produit à injecter.

Le fonctionnement en parallèle d'au moins deux dispositifs de dosage entraîne des erreurs de dosage sensibles, notamment en raison des variations différentes de la perte de charge en fonction du débit pour chaque dispositif de dosage, même s'ils sont réputés identiques. En effet, les tolérances inévitables de fabrication entraînent nécessairement, pour deux dispositifs de dosage identiques, des comportements légèrement différents en particulier pour la résistance au frottement des pièces en mouvement relatif. En outre, des réglages de dosage différents des additifs ou produits à injecter, par exemple à 1 % pour l'un des dispositifs et à 2 % pour l'autre dispositif, impliquent des efforts différents du moteur hydraulique, de sorte que la résistance mécanique opposée au moteur hydraulique sera moindre pour le réglage à 1 % que pour le réglage à 2 %.

Il en résulte des erreurs de dosage sensibles, c'est-à-dire des écarts relativement importants entre la valeur réelle du dosage effectué par chaque dispositif et la valeur souhaitée affichée.

Ces difficultés conduisent la plupart du temps à installer les dispositifs de dosage non pas en parallèle mais en série. Dans ce cas, le débit maximum est celui d'un dispositif de dosage alors qu'avec des doseurs en parallèle le débit maximum est égal à la somme des débits des doseurs. En outre, dans le montage en série, le doseur aval est traversé par le produit injecté par le doseur amont, ce qui peut entraîner des inconvénients, notamment une usure plus rapide du doseur aval.

L'invention a pour but, surtout, de proposer un équipement pour doser et injecter au moins deux produits dans un courant de liquide principal, avec dispositifs de dosage montés en parallèle, dans lequel l'erreur de dosage

soit sensiblement réduite, d'une manière simple, économique et robuste.

Selon l'invention, l'équipement du genre défini précédemment est caractérisé en ce qu'un moyen d'étranglement variable, dont la section de passage peut augmenter avec le débit de liquide qui le traverse, à rencontre d'un moyen de rappel, est prévu sur le courant de liquide de chaque dispositif de dosage, pour créer une perte de charge additionnelle s'ajoutant à celle générée par le dispositif de dosage lui-même.

Le moyen d'étranglement variable comprend, de préférence, un volet monté rotatif autour d'un axe transversal dans une conduite reliée à l'entrée ou à la sortie du dispositif de dosage considéré. Le moyen de rappel du volet est avantageusement constitué par un moyen élastique sollicitant le volet vers la position d'étranglement maximale de la conduite.

Le volet peut être constitué par un papillon ou disque dont le diamètre est égal à celui de la conduite. L'axe transversal d'articulation du papillon peut être décalé radialement par rapport à un diamètre de la section transversale de la conduite.

Le moyen élastique de rappel est avantageusement constitué par un ressort spiral.

Les caractéristiques du moyen élastique, notamment du ressort spiral, sont choisies de manière à créer une perte de charge additionnelle suffisante pour la réduction des erreurs de dosage, et qui reste la plus faible possible pour éviter une baisse du rendement trop sensible.

Le moyen d'étranglement variable est en général prévu pour intervenir essentiellement sur une plage de débit allant du débit maximal au quart de ce débit maximal.

De préférence, les caractéristiques du moyen élastique sont choisies de telle sorte que la perte de charge additionnelle permet d'obtenir une erreur de dosage inférieure à 10% pour un débit égal au quart du débit maximal du dispositif de dosage, et inférieure à 5% au débit maximal. Le moyen élastique de rappel peut être soumis à une précontrainte pour maintenir le moyen d'étranglement variable en position de fermeture maximale au repos (débit nul de liquide).

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins :

Fig. 1 est un schéma d'un équipement selon l'invention, avec deux

dispositifs de dosage montés en parallèle.

Fig. 2 est une vue en élévation de l'équipement selon l'invention.

Fig. 3 est une vue en élévation avec partie arrachée, à plus grande échelle, d'un dispositif de dosage selon une représentation simplifiée. Fig. 4 est une coupe axiale, à plus grande échelle, au niveau d'un papillon d'étranglement.

Fig. 5 est une vue en perspective, à plus grande échelle, avec parties coupées du montage du volet d'étranglement.

Fig. 6 est un graphe illustrant les variations de perte de charge en fonction du débit pour deux dispositifs de dosage semblables avec ou sans moyen d'étranglement variable.

Fig. 7 est un graphe illustrant la variation de l'erreur de dosage portée en ordonnée en fonction du débit porté en abscisse, et

Fig. 8 est un graphe permettant de comparer les dosages obtenus avec des doseurs montés en parallèle selon que l'invention est mise ou non en application.

En se reportant aux dessins, notamment à Fig. 1, on peut voir un équipement E pour doser et injecter au moins deux produits différents A, B dans un courant L de liquide principal, généralement de l'eau. Les produits à injecter A, B sont liquides ou sous forme de solution contenue dans des récipients respectifs 1a, 1b.

L'équipement E comprend deux dispositifs de dosage Da, Db montés en parallèle. Les orifices d'entrée de Da et Db sont reliés respectivement à une même conduite 2 d'arrivée de liquide, tandis que les orifices de sortie sont reliés en parallèle à une même conduite 3 d'évacuation de liquide.

Généralement, les dispositifs de dosage Da, Db appartiennent à une même catégorie et sont théoriquement identiques. Les branchements sont réalisés avec des conduites de même diamètre pour assurer un comportement aussi semblable que possible de chaque dispositif de dosage. Dans la description qui suit, on considérera parfois un seul dispositif de dosage dont les éléments seront désignés par des références numériques suivies de la lettre a. La description s'applique à l'autre dispositif de dosage en substituant la lettre b à la lettre a.

Chaque dispositif de dosage tel que Da comprend un moteur hydraulique Ma (Fig. 3) avec piston différentiel 4a, et clapets de commutation non représentés. Un dispositif de dosage de ce type est connu, notamment fabriqué et commercialisé par la société déposante DOSATRON

INTERNATIONAL. Un exemple de tels dispositifs est décrit dans EP 1 151 196

ou US 6 684 753.

Le dispositif de dosage Da est placé avec son axe vertical et le piston différentiel 4a, sous l'effet du courant de liquide principal, exécute un mouvement alternatif vertical. Le piston différentiel 4a entraîne un moyen de pompage et d'injection comprenant un piston 5a, de plus petit diamètre que 4a, coulissant dans une chambre cylindrique d'une pompe auxiliaire 6a reliée par un tube de prélèvement 7a au récipient correspondant 1a. Le tube 7a plonge dans l'additif A à prélever.

Le dispositif de dosage Da comprend une première entrée 8a pour recevoir le débit de liquide principal qui assure l'entraînement du piston différentiel 4a, une seconde entrée 9a est située en partie basse du corps de pompe auxiliaire 6a pour le prélèvement de l'additif A. Une sortie 10a est prévue pour le mélange de liquide principal et d'additif A.

Le dosage assuré par le dispositif Da détermine la proportion, en volume, d'additif A dans le mélange qui sort en 10a. Un moyen de réglage 11a du dosage est généralement prévu, permettant de faire varier la proportion d'additif injecté dans le liquide principal dans des limites déterminées.

Même si l'équipement est réalisé avec des dispositifs Da, Db et des montages théoriquement identiques, les variations de la perte de charge en fonction du débit pour chaque dispositif ne sont pas identiques. Ces variations sont représentées sur Fig. 6 par les courbes CDa pour Da et CDb pour Db. Sur cette Fig. 6, la perte de charge exprimée en bars est portée en ordonnée tandis que le débit total en m ³ /h des deux dispositifs Da, Db, est porté en abscisse.

Les dispositifs Da et Db montés en parallèle correspondent à des pompes D8R de DOSATRON INTERNATIONAL pouvant fonctionner chacune avec un débit maximum de 8 m ³ /h, soit un débit global maximal de 16 m ³ /h pour les deux.

Les courbes CDa et CDb différentes, sensiblement parallèles, ont une pente relativement faible. En outre, si deux pompes travaillent en parallèle avec des réglages de dosage différents, la perte de charge sera plus faible pour la pompe travaillant avec un dosage plus faible, ce qui entraîne des différences de vitesse de fonctionnement pour les pompes et modifie le dosage réel par rapport au dosage réglé.

En considérant les courbes CDa et CDb de Fig. 6 il apparaît, par exemple, que pour une perte de charge d'environ 0,5 bar entre les entrées et sorties branchées en parallèle, l'écart de débit δQ sera important d'où une erreur de dosage élevée.

L'erreur de dosage est définie comme étant le rapport : (dosage réel - dosage affiché)/dosage affiché.

Cette erreur de dosage exprimée en % est portée en ordonnée sur le graphe de Fig. 7 alors que le débit global en m ³ /h est porté en abscisse. La courbe G illustre la variation de l'erreur de dosage en fonction du débit avec un montage en parallèle des dispositifs Da et Db sans que l'invention soit mise en œuvre.

L'erreur de dosage dépasse 40 % pour les débits de 4 m ³ /h correspondant environ au quart du débit global maximal et reste supérieure à 20 % pour des débits de 12 m ³ /h.

Selon l'invention, pour réduire considérablement ces erreurs de dosage, sans pour autant provoquer une baisse importante du rendement énergétique, l'équipement E comprend, pour chaque dispositif de dosage, un moyen d'étranglement variable Sa, Sb dont la section de passage peut augmenter avec le débit de liquide qui le traverse, à rencontre d'un moyen de rappel Ra, Rb qui sollicite le moyen d'étranglement vers la position de fermeture maximale. Le moyen d'étranglement variable Sa, Sb est prévu pour créer une perte de charge additionnelle qui s'ajoute à celle générée par le dispositif de dosage Da, Db lui-même. L'ensemble est tel que la courbe JDa, JDb (Fig. 6) donnant la perte de charge résultante en fonction du débit, pour le dispositif considéré, présente une pente suffisante afin de limiter les erreurs de dosage. II est à noter que le moyen d'étranglement variable Sa, Sb peut être disposé en amont du dispositif de dosage comme illustré sur Fig. 3, ou en aval.

Comme visible sur Fig. 6, pour une même perte de charge par exemple environ 0,5 bar, la différence de débit δQr entre les deux dispositifs de dosage Da, Db se trouve sensiblement réduite, et l'erreur de dosage est considérablement diminuée. Sur Fig. 7, la courbe Gr illustre les variations de l'erreur de dosage avec l'équipement selon l'invention. L'erreur est considérablement réduite ; elle est inférieure à 10 % sur la plage de 4 m ³ /h à 16 m ³ /h avec des réglages différents des doseurs à savoir 1 % pour l'un et 0,1 % pour l'autre. Le moyen d'étranglement Sa comprend de préférence un volet 12a

(Fig. 4) monté rotatif autour d'un axe transversal 13a dans une conduite 14a, notamment constituée par un tronçon tubulaire muni à chaque extrémité d'un raccord facilitant son insertion entre deux conduites. Le moyen de rappel Ra est constitué par un moyen élastique 15a sollicitant le volet vers la position d'étranglement maximale. Le moyen élastique 15a peut être constitué par un ressort spiral travaillant en torsion dont une extrémité 16a est liée au volet 12a ou ancrée sur l'axe 13a lié en rotation au volet 12a. L'autre extrémité 16c (Fig.5) est ancrée en un point fixe par rapport au tronçon 14a. Une possibilité de

réglage angulaire des positions relatives des extrémités du ressort est prévue.

Une précontrainte réglable peut ainsi être appliquée au ressort 15a. Cette précontrainte permet de maintenir le volet 12a dans la position d'étranglement maximale au repos. Le volet 12a est avantageusement constitué par un papillon ou disque 17a dont le diamètre est égal au diamètre interne H de la section de conduite dans laquelle se trouve le disque 17a.

Selon la représentation de Fig. 4, le courant de liquide s'écoule de la gauche vers la droite et provoque l'ouverture du papillon 17a par rotation dans le sens horaire autour de l'axe 13a, comme illustré par la position en tirets, à rencontre du couple de rappel créé par le ressort 15a.

L'axe transversal d'articulation 13a du papillon est décalé radialement par rapport à un diamètre de la section de conduite dans laquelle se trouve le papillon. Les caractéristiques du ressort de rappel 15a sont choisies de manière à créer une perte de charge additionnelle suffisante pour réduire sensiblement les erreurs de dosage. Toutefois, cette perte de charge doit rester la plus faible possible pour éviter une baisse trop sensible du rendement.

De préférence, les caractéristiques du ressort 15a sont choisies de telle sorte que la perte de charge additionnelle permet d'obtenir une erreur de dosage inférieure à 10% pour un débit égal au quart du débit maximal du dispositif de dosage, et une erreur de dosage inférieure à 5% au débit maximal. Selon la réalisation de Fig. 5, l'arbre 13a traverse la paroi de la conduite et le ressort 15a est disposé autour de la partie de l'axe 13a qui fait saillie à l'extérieur. L'extrémité (non visible) du ressort est ancrée dans un tambour T monté rotatif sur la partie extérieure de l'arbre 13a et pouvant être bloqué en rotation sur 13a en différentes positions angulaires pour le réglage de la précontrainte.

Les faces du papillon 17a peuvent être profilées comme visible sur Fig. 5. Le moyen d'étranglement constitué par le papillon 17a est prévu pour intervenir essentiellement sur une plage de débit allant du débit maximal au quart de ce débit maximal.

Ceci étant, le fonctionnement de l'équipement est le suivant. Avec le branchement en parallèle des deux dispositifs de dosage Da, Db, la même perte de charge ou différence de pression règne entre l'entrée et la sortie. La variation de perte de charge globale pour chaque dispositif Da , Db équipé du papillon d'étranglement, en fonction du débit est donnée par la courbe respective Jda, JDb sur Fig.6

Les courbes JDa, JDb sont suffisamment inclinées pour limiter les écarts de débit entre les doseurs. La différence des débits entre les deux dispositifs de dosage pour obtenir exactement la même perte de charge devient faible, et l'erreur de dosage est considérablement réduite.

Les papillons d'étranglement 17a, 17b réalisent une sorte de régulation active permettant d'avoir une perte de charge suffisante à petit débit et faible à haut débit pour ne pas pénaliser la perte de charge globale de l'équipement.

Le graphe de Fig. 7 indique l'erreur de dosage constatée sans les volets d'étranglement de l'invention (courbe G) et avec ces volets (courbe Gr). Avec deux doseurs réglés à 1 %, une erreur de dosage de 50 % signifie qu'un doseur injecte à 1 ,5 % et l'autre à 0,5 %.

Le graphe de Fig. 7, qui correspond à deux doseurs 8 m ³ /h D8R de DOSATRON INTERNATIONAL montés en parallèle, montre une erreur inférieure à 10 % sur la plage 4 m ³ /h-16 m ³ /h avec des réglages de dosages différents : 1 % et 0,1 % pour Da et Db. Les résultats de mesure sont donnés ci- après.

Montage en parallèle de deux D8R, sans papillon d'étranglement :

Après mise en place des moyens d'étranglement réglables de l'invention sur les conduites des dispositifs de dosage, les résultats de mesure sont les suivants :

D'autres essais ont été effectués avec deux dispositifs de dosage Da, Db théoriquement identiques, tous deux réglés pour un dosage à 1 %.

Les résultats des mesures sont résumés par le graphe de Fig. 8. Le dosage obtenu avec chaque dispositif de dosage est porté en ordonnée, exprimé en %. Le débit est porté en abscisse.

Les courbes C1Da et C1Db donnent les dosages obtenus sans la présence dans les conduites des moyens d'étranglement variable conformes à l'invention. Pour un débit total de 5 m ³ /h soit environ 2,5 m ³ /h par doseur, l'erreur de dosage est supérieure à 40 % puisque le doseur Da donne un dosage d'environ 1 ,42 % au lieu de 1 %, tandis que le doseur Db donne un dosage d'environ 0,42 % au lieu de 1 %.

Après mise en place des moyens d'étranglement variable conformes à l'invention, on obtient les courbes J1Da pour le doseur Da et J1Db pour le doseur Db. L'erreur devient inférieure à 5 % pour un débit global de 4,1 m ³ /h, le dosage étant le 1 ,03 % au lieu de 1 pour le doseur Da et de 0,97 % au lieu de 1 pour le doseur Db. Les valeurs des mesures sont fournies ci-après.

Sans les moyens d'étranglement variable de l'invention

Les explications qui précèdent ont été données à propos d'un montage en parallèle de deux doseurs ; bien entendu, il serait possible de brancher en parallèle plus de deux doseurs.