L'invention est relative à un dispositif de dosage pour introduire un additif liquide dans un courant de liquide principal, circulant dans une conduite, dispositif du genre de ceux qui comprennent une pompe à piston différentiel à mouvement alternatif pour prélever l'additif dans un récipient et le doser, cette pompe comportant une première entrée pour recevoir un débit de liquide principal qui assure l'entraînement de la pompe, une seconde entrée pour prélever l'additif et une sortie pour le mélange d'additif et de liquide, le dispositif comprenant un venturi installé dans la conduite, la pompe étant branchée en parallèle du venturi, la première entrée de la pompe étant reliée par une première canalisation à l'entrée du venturi, tandis que la sortie de la pompe est reliée par une deuxième canalisation au col du venturi.

Un dispositif de dosage de ce genre est connu d'après EP 1773479, au nom de la Société déposante, qui permet de traiter des débits élevés de liquide principal avec des pompes de dimensions réduites et d'augmenter la plage de dosages permise. Les pompes à piston différentiel utilisées dans ces dispositifs de dosage sont connues en elles-mêmes, notamment d'après EP 1 151 196 ou US 6684753.

Dans une pompe doseuse, le piston différentiel effectue un mouvement alternatif et entraîne un piston plongeur pour prélever l'additif à doser lors d'une course de montée et pour injecter cet additif dans le liquide principal ou liquide moteur lors d'une course de descente. La perte de charge entre la première entrée de la pompe et la sortie est variable selon les phases de fonctionnement de la pompe. Pour un bon rendement énergétique de la pompe, le venturi doit être prévu pour créer une perte de charge entre son entrée et le col sensiblement égale à la perte de charge dans la pompe.

Pour les dosages d'additif relativement faibles, notamment inférieurs à 1 % d'additif dans le liquide principal, en particulier lorsque l'on place en dérivation d'un facteur 10 des pompes doseuses dosant jusqu'à 0.3% dans le débit dévié pour obtenir 0.03% dans le débit total, les dispositifs de dosage du genre défini précédemment donnent satisfaction, les différences de perte de charge entre montée et descente du piston différentiel n'étant pas trop importantes. Le rendement du dispositif de dosage reste acceptable, car la perte de charge entre le col du venturi et son entrée n'est pas trop différente de la perte de charge de la pompe lors de la montée et de la descente du piston différentiel. Lorsque les dosages de l'additif liquide deviennent plus importants, notamment supérieurs à 2 % dans le débit dévié pour obtenir 0.2% dans le débit total, ou 10 % dans le débit dévié pour obtenir 1 % dans le débit total, la différence de perte de charge entre la phase de montée du piston différentiel et la phase de descente devient plus importante. Ce phénomène est d'autant plus présent que la pression dans le système de dosage est importante et que le dosage du doseur en dérivation est important, la perte de charge en montée devant compenser la pression appliquée sur le piston de dosage qui sert à doser l'additif. Il en résulte une diminution de la précision, ou une impossibilité de créer la perte de charge nécessaire au fonctionnement de la pompe doseuse sur une plage de débit importante, typiquement d'un rapport 6 à 10 entre le mini et maxi débit principal.

L'invention a pour but, surtout, de proposer un dispositif de dosage du genre défini précédemment qui ne présente plus ou à un degré moindre les inconvénients évoqués ci-dessus et qui permet d'optimiser le fonctionnement, en particulier dans le cas où les dosages d'additif sont relativement élevés, notamment supérieurs à 0.2% dans le liquide principal.

Selon l'invention, un dispositif de dosage du genre défini précédemment est caractérisé en ce qu'il comporte :

- un moyen d'étranglement variable du col du venturi,

- et un moyen sensible à la perte de charge dans la pompe propre à commander le moyen d'étranglement du col du venturi pour réduire la section de passage lorsque la perte de charge dans la pompe augmente, et pour augmenter la section de passage lorsque la perte de charge dans la pompe diminue.

Avantageusement, le moyen sensible à la perte de charge dans la pompe est constitué par un moyen de comparaison entre la pression au col du venturi et la pression au col d'un deuxième venturi installé sur la première canalisation conduisant à l'entrée de la pompe.

L'efficacité du dispositif de dosage selon l'invention est améliorée par une meilleure adéquation entre la perte de charge totale entre l'entrée et la sortie de la pompe et la perte de charge au col du venturi.

Le moyen d'étranglement variable du col du venturi comprend de préférence un organe monté coulissant selon une direction inclinée par rapport à l'axe géométrique du venturi.

Le moyen de comparaison entre les pressions au col des deux venturi peut comprendre un moyen de séparation mobile séparant deux chambres reliées respectivement au col d'un des deux venturis, l'organe d'étranglement étant lié à ce moyen de séparation mobile de sorte qu'une augmentation de pression au col du deuxième venturi relativement à la pression au col du premier venturi provoque une augmentation de l'étranglement du col du premier venturi, et inversement.

Avantageusement, le moyen de séparation mobile comprend une membrane.

L'organe coulissant peut être constitué par une lame .Cette lame peut être montée coulissante avec un jeu suffisant, dans un guidage du corps du venturi, pour que la pression au col soit transmise à la chambre située du côté du col.

Selon une autre possibilité, l'organe d'étranglement est constitué par une tige cylindrique. L'extrémité de la tige cylindrique tournée vers le col peut être sensiblement hémisphérique.

La tige cylindrique peut être fixée à l'extrémité d'une tige de plus petit diamètre qui traverse de manière étanche une plaque fermant une chambre reliée au col du venturi.

Avantageusement, un canal est situé en amont de l'organe d'étranglement pour assurer une prise de pression qui permet d'effectuer la mesure de débit au col du venturi.

Selon une autre possibilité, la tige cylindrique comporte un canal longitudinal débouchant à son extrémité voisine du col du venturi et relié, à son autre extrémité, à une chambre située du côté du col du venturi.

La conduite de sortie de la pompe est raccordée au col du venturi par au moins une ouverture latérale relativement à la fixation de la conduite sur le corps du venturi.

Avantageusement, le venturi et la pompe forment un ensemble, avec des moyens de raccordement prévus à l'entrée et à la sortie du venturi pour son insertion et son raccordement à deux tronçons de la conduite.

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'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :

Fig. 1 est une coupe longitudinale verticale d'un dispositif de dosage selon l'invention avec parties en extérieur et parties représentées schématiquement.

Fig. 2 est une vue schématique simplifiée, avec parties arrachées, d'une pompe à piston différentiel du type de celle utilisée dans le dispositif de l'invention.

Fig. 3 est une vue en perspective du dispositif de dosage de Fig. 1 , à plus petite échelle.

Fig. 4 est une vue à plus grande échelle du détail IV de Fig. 1 montrant un raccord dans un orifice du corps du venturi.

Fig. 5 est une vue de dessus par rapport à Fig. 4, le raccord ayant été retiré.

Fig. 6 est une coupe à plus grande échelle suivant un plan orthogonal au plan de Fig. 1 , et passant par le plan médian du moyen d'étranglement constitué par une lame.

Fig. 7 montre, semblablement à Fig. 1 , une variante de réalisation du dispositif de dosage selon l'invention, avec organe d'étranglement constitué par une tige cylindrique.

Fig. 8 est une vue en perspective à plus petite échelle du dispositif de Fig. 7.

Fig. 9 montre, à plus grande échelle, le détail IX de Fig. 7.

Fig. 10 est une vue de dessus par rapport à Fig. 9, le raccord ayant été retiré.

Fig. 1 1 est une coupe de la tige à plus grande échelle, semblable à la coupe de Fig.6.

Fig. 12 montre, en coupe longitudinale verticale, une variante du dispositif de dosage de Fig. 7, avec tige cylindrique pleine comme organe d'étranglement.

Fig. 13 est une coupe suivant la ligne XIII-XIII de Fig. 12, à plus grande échelle, et

Fig. 14 est un détail agrandi de Fig. 13.

En se reportant aux dessins, notamment à Fig. 1 à 3, on peut voir un dispositif de dosage D pour introduire un additif liquide A dans un courant de liquide principal L circulant dans une conduite 1 sommairement représentée. Le liquide principal est généralement de l'eau mais le dispositif D peut convenir à toutes sortes de liquides. L'additif liquide A est contenu dans un récipient 2 schématiquement représenté.

Le dispositif D comprend une pompe 3 disposée avec son axe vertical. La pompe 3 est d'un type connu, notamment fabriquée et commercialisée par la Société déposante. Un exemple de telles pompes est décrit dans EP 1 151 196 ou US 6 684 753. Comme illustré schématiquement sur Fig. 2, la pompe 3 comporte un piston différentiel 4 à mouvement alternatif qui entraîne un piston 5 de plus petit diamètre pour prélever l'additif dans le récipient 2 et le doser. Le piston plongeur 5 coulisse dans une chambre cylindrique d'une pompe auxiliaire 6 reliée par un tube de prélèvement 7 au récipient 2. Le tube 7 plonge dans l'additif A à prélever.

Des moyens classiques à clapets, ou analogues, sont prévus pour commander les mouvements alternatifs du piston différentiel 4. Ces moyens connus ne sont pas représentés ni décrits.

La pompe 3 comprend une première entrée 8 pour recevoir un débit de liquide principal qui assure l'entraînement du piston différentiel 4. La pompe 3 comporte une seconde entrée 9 située en partie basse du corps de la pompe auxiliaire 6 pour le prélèvement de l'additif A, et une sortie 10 pour le mélange dosé d'additif A et de liquide principal L.

Le dispositif D comprend un venturi 1 1 installé dans la conduite 1 . La première entrée 8 de la pompe est reliée par une première canalisation 12 à l'entrée du venturi, tandis que la sortie 10 de la pompe est reliée par une deuxième canalisation 13 au col du venturi. La pompe 3 est ainsi branchée en parallèle du venturi.

Le dispositif D, selon l'invention, comporte un moyen d'étranglement variable E du col du venturi 1 1 , et un moyen G sensible à la perte de charge dans la pompe 3 pour commander le moyen d'étranglement E du col du venturi.

Le moyen d'étranglement variable E, selon la réalisation des Fig.1 -6, comprend une lame 14 montée coulissante selon une direction inclinée d'amont en aval par rapport à l'axe géométrique du venturi 1 1. Selon Fig.1 l'angle d'inclinaison, tourné vers l'amont, formé entre la lame 14 et l'axe géométrique du venturi est d'environ 70°.

La lame 14 est disposée dans une embase 15 sensiblement cylindrique, en saillie sur le corps du venturi 1 1 , cette embase étant surmontée par un couvercle 16. L'embase et le couvercle définissent un logement cylindrique d'axe géométrique incliné par rapport à l'axe géométrique du venturi. La lame 14 est située dans un plan orthogonal au plan vertical passant par l'axe géométrique du venturil 1 . La lame 14 traverse une fente prévue dans la paroi du col du venturi et peut faire saillie par son extrémité inférieure 14a dans le col 1 1 c du venturi. L'extrémité 14a, comme visible sur Fig. 6, est en forme d'arc de cercle concave. La lame 14 coulisse dans un guidage du corps du venturi avec un jeu j (Fig. 6) suffisant pour que la pression au col 1 1 c du venturi soit transmise à une chambre 17 située du côté du col et limitée par une membrane souple déformable 18 dont la périphérie est serrée de manière étanche entre l'embase 15 et le couvercle 16, assemblés de manière démontable par des vis, ou analogues. Le venturi 1 1 de manière classique comporte un convergent, situé en amont du col 1 1 c, et un divergent en aval du col. Par « col 1 1 c » on désigne une zone du venturi, dont l'étendue axiale peut être relativement longue, qui présente un diamètre réduit relativement au diamètre d'entrée et de sortie..

La canalisation de sortie 13 de la pompe est reliée par un raccord 19 vissé de manière étanche, avec joint, dans un trou taraudé 20 prévu à la périphérie du corps du venturi. L'axe géométrique du trou 20 est situé dans un plan orthogonal au plan de la lame 14, et passant par l'axe géométrique du venturi. Comme visible sur Fig. 3, le corps du venturi comporte des nervures 22 décalées angulairement de 90° et le trou taraudé 20 est réalisé dans un noyau cylindrique 21 d'axe géométrique orthogonal à celui du venturi et débordant de part et d'autre d'une nervure 22 à laquelle il se raccorde. Le trou 20 ne débouche pas directement dans le col du venturi, dont il est séparé suivant la direction de l'axe géométrique du trou 20 par une paroi de fond 23. De part et d'autre transversalement de cette paroi 23 est prévue une gorge 24 qui débouche dans le col du venturi selon une fenêtre latérale 25 dont la position angulaire est décalée sensiblement de 90° par rapport au trou taraudé 20 de raccordement de la canalisation de sortie 13. .

Cette disposition avec au moins une, et de préférence deux fenêtres latérales 25 pour l'injection du mélange de liquide et d'additif dans le courant principal de liquide, au voisinage du col du venturi, permet de réduire les turbulences.

Un clapet 26 pour casser le vide est diamétralement opposé au raccord 19 et communique avec le col du venturi. Le clapet 26, éventuellement relié à un drain en cas de fuite, s'ouvre en cas de dépression aval pour éviter de siphonner la cuve de produit.

Le moyen G sensible à la perte de charge dans la pompe 3 comprend un moyen de comparaison entre la pression au col du venturi 1 1 et la pression au col d'un deuxième venturi 27 installé sur la première canalisation 12 conduisant à l'entrée 8 de la pompe. Le moyen G est avantageusement constitué par la membrane 18 selon l'exemple de réalisation des dessins.

Le deuxième venturi 27 est prévu dans un bloc solidaire du couvercle 16. L'axe géométrique du venturi 27 est orthogonal à l'axe géométrique du premier venturi 1 1 . L'entrée du convergent du deuxième venturi 27 est constituée par une ouverture débouchant dans l'entrée du venturi 1 1 . Le col du deuxième venturi 27 est relié, par une conduite transversale 28, à une chambre 29 prévue dans le couvercle 16 et située du côté de la membrane 18 éloigné du premier venturi 1 1 . Le divergent du venturi 27 est tourné vers la pompe 3 et est raccordé à la conduite 12.

Ceci étant, le fonctionnement du dispositif de dosage selon l'invention est le suivant.

Un courant de liquide principal L circule dans la conduite 1 sous une pression statique de 1 à 6 bars généralement. Au col du venturi 1 1 , la vitesse d'écoulement du fluide augmente et sa pression statique diminue. La différence de pression entre l'entrée du venturi 1 1 et le col permet de faire fonctionner la pompe 3 et d'actionner le piston différentiel à l'aide d'une fraction du courant principal dérivée par le deuxième venturi 27 et la conduite 12.

La pompe auxiliaire 6 entraînée par les mouvements alternatifs du piston différentiel 4 prélève des doses d'additif A dans le récipient 2 et le mélange dosé est injecté au col du venturi par la conduite 13 à travers les fenêtres 25.

Lors de la montée du piston différentiel 4 et du piston plongeur 5, la perte de charge entre l'entrée 8 et la sortie 10 de la pompe 3 est plus importante qu'à la descente, et la pression au col du deuxième venturi 27 augmente par rapport à celle régnant au col du premier venturi 1 1 .

Dans ces conditions, la pression dans la chambre 29 devient supérieure à celle régnant dans la chambre 17 et la membrane 18 se déforme pour permettre à la lame 14 de coulisser et d'entrer davantage dans le col du venturi 1 1 . Il en résulte une augmentation de la perte de charge entre l'entrée et le col du venturi 1 1 , ce qui permet d'égaliser la perte de charge au col du venturi 1 1 et la perte de charge entre l'entrée 8 et la sortie 10 de la pompe 3, ou tout au moins de minimiser la différence entre ces pertes de charge, ce qui contribue à améliorer l'efficacité et le rendement de fonctionnement de la pompe.

Lors de la descente du piston différentiel 4 et du piston plongeur 5, la perte de charge entre l'entrée et la sortie de la pompe 3 est plus faible, de sorte que la lame 14 remonte dans la chambre 17 et diminue l'étranglement du col du venturi 1 1 et donc la perte de charge entre convergent et col du venturi 1 1 .

Ainsi, la lame 14 et la membrane 18 vont osciller à la vitesse du piston différentiel 4 pour assurer une meilleure adéquation entre la perte de charge au col du venturi 1 1 et la perte de charge totale dans la pompe 3.

L'efficacité du dispositif de dosage est conservée lorsque les dosages sont relativement élevés, notamment supérieurs à 0.2 % d'additif A dans le débit principal, et jusqu'à 1 % dans le débit principal.

La plage de travail du dispositif selon l'invention est élargie. Le démarrage à petit débit est fiabilisé, ce qui permet de débuter avec un faible débit (en particulier le débit mini est de 6 à 10 fois plus faible que le débit maxi) et d'augmenter ce débit après démarrage tout en conservant un dosage précis et une bonne efficacité de fonctionnement.

En se reportant aux Figs. 7-1 1 , on peut voir une variante de réalisation du dispositif de dosage D. Les éléments de ce dispositif identiques ou similaires à des éléments déjà décrits à propos de la réalisation précédente sont désignés par les mêmes références numériques ou littérales sans que leur description soit reprise.

Selon cette variante de réalisation, le moyen d'étranglement variable E du col du venturi 1 1 est constitué par une tige cylindrique 30 montée coulissante selon une direction inclinée d'amont en aval sur l'axe géométrique du venturi 1 1 . L'inclinaison est d'environ 50° selon l'exemple représenté. La tige cylindrique 30 est montée coulissante dans un alésage 31 du corps du venturi qui débouche au col. L'extrémité 32 de la tige tournée vers le col du venturi est sensiblement hémisphérique. La tige 30 comporte un canal longitudinal 33, de préférence axial, qui débouche vers le col du venturi à l'extrémité 32 et qui est relié, à son autre extrémité, à une canalisation radiale 34 qui débouche dans la chambre 17 située du côté de la membrane 18 tourné vers le venturi. La tige 30 est liée à la membrane 18 qui détermine, du côté opposé à la chambre 17, l'autre chambre 29 reliée au col du deuxième venturi 27 par la conduite 28.

La pression au col du venturi 1 1 est transmise à la chambre 17 par le canal longitudinal 30 et la canalisation transversale 34.

Le fonctionnement du dispositif de dosage des Fig. 7-1 1 est semblable à celui décrit à propos des figures précédentes. La tige cylindrique 30 avec son extrémité hémisphérique permet de réduire les turbulences dans l'écoulement et d'améliorer le rendement global.

En se reportant aux Fig. 12-13, on peut voir une variante de réalisation avantageuse du dispositif de dosage des Fig. 7-1 1 . Les éléments identiques à des éléments de Fig. 7-1 1 sont désignés par les mêmes références numériques ou littérales, sans que leur description soit reprise.

Selon cette variante, la prise de pression qui permet de faire la mesure du débit au col 1 1 c du venturi est assurée par un canal 35 situé en amont de la tige ou lame cylindrique 30a, dont la paroi extérieure est continue. Le canal longitudinal de la réalisation de Fig. 7 est supprimé.

La lame cylindrique 30a, à extrémité inférieure hémisphérique 32a, est fixée à l'extrémité d'une tige 36, de plus petit diamètre que 30a. La membrane 18 est fixée à l'extrémité élargie de la tige 36 distante de la lame 30a. Le canal 35 fait communiquer la zone du col du venturi 1 1 avec la chambre 17 située sous la membrane 18. La tige 36 traverse une plaque 37 (Fig. 14) fermant la chambre 17 du côté du col 1 1 c du venturi. La plaque 37 est traversée par un passage prolongeant le canal 35 et débouchant dans la chambre 17.

Avantageusement, une étanchéité sur la tige 36 est assurée par une bague d'étanchéité 38, au niveau de la traversée de la plaque 37. Une amélioration sur la vitesse de réaction de la lame 30a est obtenue en réduisant ainsi la section soumise à la pression régnant au col du venturi par l'aménagement d'une étanchéité sur la tige 36 de plus petit diamètre. La lame 30a coulisse avec un jeu radial suffisant dans son logement pour le passage du liquide ; sa face avant 32a et sa face arrière sont exposées à la même pression de liquide.

Les pressions de pilotage de part et d'autre de la membrane 18 doivent s'équilibrer lorsque le ratio de division est atteint et donne la position d'équilibre de la membrane. Cette condition est satisfaite si, idéalement, les pressions et sections sont les mêmes donc les efforts identiques. On cherche à minimiser pour cet état d'équilibre l'introduction de la tige ou lame de commande dans le flux principal pour minimiser la perte de charge.

Dans la version à tige cylindrique, la section de tige soumise à la pression n'est plus négligeable devant la section active de membrane. Aussi selon la variante des Fig. 12-14 :

- la section de membrane active est augmentée

- l'influence de la section de tige soumise à une pression au col est diminuée par une étanchéité de plus petit diamètre.

Ces conditions ont montré par les essais, que la lecture de débit par les pressions de pilotage est mieux respectée et que le système réagit plus vite par la diminution de l'effort résistant dû au champ de pression s'appliquant sur la tige de commande.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits avec référence aux dessins mais elle englobe les variantes possibles du moyen d'étranglement variable du col du venturi et du moyen sensible à la perte de charge dans la pompe. En particulier, le moyen d'étranglement pourrait être constitué par un volet d'étranglement pivotant prévu dans le col du venturi et commandé par le moyen sensible à la perte de charge. La membrane 18 pourrait être remplacée par un piston mobile dans un logement cylindrique, définissant les deux chambres 17 et 29, les déplacements du piston commandant ceux de la lame 14 ou de la tige 30. La géométrie du venturi 11 peut être ajustée pour établir en fonctionnement à col 11c complètement ouvert, à plein débit une perte de charge au col de 2.6 bars, et obtenir une perte de charge inférieure à 1.5 bars pour des dosages à 1%.