Installation pour laver intérieurement une citerne Le nettoyage interne des citernes de très grandes dimensions, en particulier de celles équipant les bateaux pétroliers, est réalisé depuis un certain temps à l'aide d'installations plus ou moins automatisées.
Certaines de celles-ci comprennent une série de con duits fixés au plafond des citernes et alimentés en eau sous pression, dont l'extrémité interne porte une buse orientable qu'un mécanisme approprié permet de mou voir pour la conduire pratiquement dans n'importe quelle position angulaire, et même pour lui faire réaliser des évolutions bien déterminées correspondant à un pro gramme d'arrosage préétabli.
Ce genre d'installation, relativement simple quant à sa structure, est cependant d'un prix proportionnellement élevé puisque chacun des conduits doit comporter sa pro pre buse à laquelle est associé un mécanisme de com mande particulier.
De plus, si cette installation, dans laquelle la position verticale de la buse dans la citerne est fixe pendant l'ar rosage, est destinée au nettoyage de citernes aux dimen sions particulièrement importantes, telles qu'on en trouve dans le cas des pétroliers géants., la qualité du nettoyage réalisé est très différente selon que le point d'impact du jet est rapproché ou au contraire éloigné de 1a_ buse.
En outre, comme les parois de ces citernes sont ren forcées par des structures, leur surface est loin d'être uni forme et lisse et est au contraire pourvue de nervures aux dimensions souvent importantes, qui créent des obstacles aux jets d'eau. L'étendue des zones non touchées dans ces conditions par le jet est donc d'autant plus impoir- tante que les ferrures sont hautes et que l'inclinaison du plan les contenant se rapproche de 900 par rapport à l'axe d'un jet dirigé de leur côté.
On connaît également un autre type d'installations pour laver l'intérieur des citernes, comprenant une tête de lavage à buses tournantes fixée à l'extrémité d'un con- duit souple s'enroulant sur le tambour d'un treuil, monté sur un chariot déplaçable au-dessus de la citerne, et qu'on déroule au fur et à mesure des besoins de manière à déplacer la tête verticalement dans la citerne en vue de permettre au jet produit d'attaquer les mêmes parties de la paroi sous des angles divers, c'est-à-dire de con tourner les obstacles que constituent les éléments résis tants de l'armature du bateau.
Bien que, apparemment, cette construction semble particulièrement adaptée au lavage des grandes citernes, compte tenu de la mobilité de la tête de lavage, elle a aujourd'hui cédé le pas à celle précédemment citée parce qu'elle souffre de deux inconvénients très importants.
En effet, avec ce type d'installation, plus la profon deur des citernes est importante et plus le conduit souple est long de sorte que le treuil de manoeuvre et son méca- nisme de commande présentent alors des dimensions et un poids tels que le chariot sur lequel sont montés les divers organes de l'installation ne peut être manoeuvré que difficilement.
En outre, le conduit souple auquel est fixée la tête d'arrosage est généralement en caoutchouc et peut en conséquence engendrer la création d'électricité statique susceptible de donner lieu à des explosions sous certaines conditions de tension de vapeur et de qualité des gaz rési duels demeurant dans les citernes après leur vidange.
La présente invention a précisément pour objet une installation pour laver intérieurement une citerne, com prenant une tête d'arrosage des parois de la citerne, et un dispositif pour l'alimentation en liquide sous pression de cette tête obviant aux divers inconvénients précédem ment cités et qui se caractérise, à cet effet, par le fait que ce dispositif comprend, d'une part, une lance pour diriger un jet libre de liquide, homogène, dans la citerne et, d'autre part, un diffuseur associé à la tête et dont l'ou verture d'entrée est disposée en regard de la lance, coaxialement à cette dernière,
alors que son ouverture de sortie communique avec ladite tête d'arrosage dont il assure l'alimentation en liquide reçu du jet, après trans formation de son énergie cinétique en énergie de pression.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple et très schématiquement, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention, plus particulièrement destinée au lavage de citernes de bateaux-pétroliers La fi-<B><U>*</U></B> 1 en est une élévation latérale. La fi g. 2, une vue de face.
La fi g. 3, une coupe verticale, à grande échelle, selon I11-111 de la fi.. 1.
La<U>fi-.</U> 4 montre en coupe. transversale une citerne d'un bateau-pétrolier équipé de son installation de lavage interne.
Cette installation est fixée à un chariot mobile 1, sus ceptible d'être déplacé sur le pont 2 du bateau pour être conduit alternativement au droit de différentes ouver tures 3 ménagées dans le pont et s'ouvrant sur un nombre correspondant de citernes ou de sections de citernes 4 (fig. 1 et 4).
Ce chariot porte une lance coudée 5 alimentée en eau sous pression par une nourrice 6 du bateau au travers d'une vanne 7 et d'un conduit souple intermédiaire 8 ; l'éjecteur 5a de la lance est orienté de manière à pro duire un jet libre d'eau 9 dirigé verticalement de haut en bas et présentant une section particulièrement com pacte et régulière.
Sur le chariot est en outre disposé un treuil 10 au tambour duquel sont fixés deux câbles 11a et 11b pour la suspension d'un ensemble d'arrosage 12 placé sous la lance 5, coaxialement à son jet 9 qui en assure l'ali mentation en eau, ainsi que nous le verrons par la suite.
Grâce au treuil 10, il est possible de déplacer verti calement l'ensemble 12 dans la citerne 4 du bateau, de haut en bas ou de bas en haut, de manière notamment à assurer un lavage homogène de toutes les parties de ses parois, par une descente relativement lente dans la citerne, ou à récupérer rapidement l'ensemble, par un déplacement ascensionnel beaucoup plus accéléré.
Ces deux conditions sont remplies de façon automa tique en soumettant ce treuil à l'action d'un moteur- frein 10a actionné directement par l'eau alimentant la lance au travers d'une dérivation 10b et qu'une com mande non représentée permet de faire fonctionner soit comme moteur, le treuil procédant alors au levage de l'ensemble 12, soit comme frein, autorisant le déroule ment des câbles 11a et 11b lorsque ceux-ci sont soumis à une traction d'intensité suffisante, supérieure à celle résultant exclusivement du poids propre de l'ensemble 12, de manière que la descente de cet ensemble dans la citerne à laver ait lieu avec une vitesse aussi constante que possible.
Dans l'installation représentée, la force déterminant le déplacement vertical de l'ensemble 12 est créée par la poussée du jet 9 rencontrant cet ensemble.
L'éjecteur 5a de la lance 5 est choisi de façon telle que, à sa sortie, l'eau sous pression soit l'objet d'une détente totale, tout en formant une veine liquide parfai tement homogène sur toute sa longueur.
A l'impact du jet 9 sur l'ensemble 12, l'énergie totale de cette veine est égale à l'énergie cinétique résultant de la détente à la sortie de l'éjecteur augmentée de l'énergie cinétique acquise sous l'action de la gravité, dans sa chute entre cet éjecteur et l'ensemble.
L'ensemble 12 est agencé de manière à retransformer cette énergie cinétique en énergie de pression, avec un rendement optimum, de façon à assurer un arrosage parfait, homogène, rationnel et rapide.
Cet ensemble comporte à cet effet, d'une part, un diffuseur 13 destiné à effectuer la transformation ci- dessus et, d'autre part, une tête d'arrosage 14 englobant deux groupes 15 et 16 de deux buses rotatives.
Le diffuseur 13 est précédé d'un col cylindrique d'homogénéisation 17, et d'un entonnoir 18 pour la réception du jet libre 9 disposé à l'entrée du col et monté pivotant sur un disque mobile 19 fixé aux extrémités des câbles de suspension lla et 11b.
Le rendement d'un tel diffuseur peut atteindre une valeur de l'ordre de 80 % à condition de donner à ses parois une inclinaison de l'ordre de 50 à 6 environ et de faire en sorte que l'épaisseur de la couche limite à son entrée soit petite, ce qui est le cas si la longueur du col 17 est courte.
Mais ce rendement et, de façon plus générale, le fonctionnement correct du diffuseur ne sont assurés que si la section du jet à l'entrée du diffuseur reste constante, pour un débit donné, quelle que soit la distance séparant la lance et le diffuseur,
ce qui n'est malheureusement pas le cas puisque le jet libre est soumis à l'action de l'attraction terrestre et que sa vitesse à l'entrée du diffu- seur est supérieure à sa vitesse à la sortie de la lance en conséquence, le débit d'eau étant identique pour une pression donnée, la section du jet d'eau à la sortie de la lance sera supérieure à la section de ce même jet à l'entrée du diffuseur,
la section du jet au diffuseur étant ainsi d'autant plus faible que le diffuseur sera éloigné de la lance.
Puisque le diffuseur est dimensionné pour un dia mètre de jet donné, son fonctionnement correct ne serait assuré que pour une seule position par rapport à la lance. En effet, si le diamètre du jet est plus petit que le dia mètre d'entrée du diffuseur, l'écoulement de l'eau dans le diffuseur décolle des parois de celui-ci et il n'y a pas de transformation de l'énergie cinétique du jet en une énergie de pression, si au contraire le diamètre du jet est trop grand, le diffuseur n'absorbe pas tout le débit du jet.
Pour tenir compte des inconvénients cités ci-dessus, résultant de l'utilisation d'un jet libre pour l'alimentation en eau d'une tête d'arrosage, l'invention envisage une régulation du diamètre de jet en fonction de la distance du dispositif de lavage par rapport à la lance.
A cet effet, la lance présente au voisinage de sa sortie un embout à section variable, 5b, asservi, par une trans mission appropriée 5c, au tambour du treuil 10, dont le nombre de rotations à partir d'un instant donné corres pond évidemment à une longueur déterminée de déroule ment des câbles lla et llb et donc à une distance éva- luable entre le diffuseur et la lance.
Cette transmission peut donc être choisie telle que la section de sortie de la lance produise un jet dont la section à l'entrée du diffu seur reste constante, égale à celle de calcul du diffuseur, quelle que soit la position de ce dernier par rapport à la lance.
La section de sortie de la lance sera donc maximale lorsque le diffuseur occupera sa position inférieure, au fond de la citerne, et minimale si le diffuseur est au haut de cette citerne.
Si nous admettons une pression constante de l'eau distribuée par la nourrice 6 du bateau, le débit de la lance variera à peu près de façon linéaire avec la section de sortie de la lance et la pression disponible pour le lavage, à la hauteur du diffuseur, variera avec la position de ce diffuseur.
On disposera donc d'une pression et d'un débit plus élevé lorsque l'ensemble d'arrosage 12 sera au voisinage du fond de la citerne, ce qui correspond tout à fait aux besoins du lavage.
Sur sa face externe, le diffuseur 13 est muni d'ai lettes 20a supportant un anneau 20 formant portée de pivotement pour une enveloppe cylindrique 21 coaxiale au diffuseur et délimitant avec celui-ci un canal annu laire 22.
Le fond 23 et la partie de l'enveloppe au niveau de l'ouverture du diffuseur sont équidistants par rapport à ce diffuseur et leur surface de raccordement se déve loppe selon un profil arrondi présentant dans un plan méridien un rayon de courbure constant centré sur le bord du diffuseur.
En outre, le diffuseur porte un déflecteur 24, fixé à sa paroi par des nervures non représentées et faisant face à son ouverture, présentant un profil de révolution tel que la distance comprise entre un point quelconque de sa surface et un point du bord de l'ouverture du diffuseur contenu dans un même plan méridien déter miné, soit constante et égale au rayon de courbure de la surface de raccordement entre le fond 23 et la paroi latérale de l'enveloppe 21.
Ce déflecteur et cette surface de raccordement délimitent ainsi sous le diffuseur un volume correspondant à celui de la moitié inférieure d'un tore, qui est divisé en cinq canaux distincts par quatre ailettes 25 de section droite semi-circulaire desti nées à faciliter la déviation à 180,1 de l'eau provenant du diffuseur en direction du canal annulaire 22 précédem ment cité. Ces ailettes 25 sont également rendues soli daires du diffuseur 13 par des nervures non représentées.
A la partie inférieure de l'enveloppe est fixé, par son boitier, un dispositif de freinage 26 dont une partie est reliée par un axe 26a au déflecteur 24 et dont l'autre partie est solidaire du boîtier et suit donc l'enveloppe 21 dans ses déplacements angulaires éventuels: le but de ce dispositif de freinage sera indiqué par la suite.
En outre, l'enveloppe 21 porte également, sur la partie inférieure de sa paroi latérale, deux buses 21a et 21b s'étendant horizontalement dans des directions opposées et alimentées en eau sous pression, ces buses étant desti nées à produire, par réaction, un couple résistant s'op posant au couple moteur susceptible d'être développé par les buses 15 et 16 sur l'enveloppe 21. Le mode de transmission de ce couple moteur à l'enveloppe 21 et les raisons de l'utilisation des buses antagonistes 21a et 21b seront précisées par la suite.
La partie supérieure de l'enveloppe 21 est légèrement resserrée en 20c de manière à former un collier cylin drique sur lequel est pivoté un chapeau 27 portant deux segments de conduit 27a et 27b qui sont coaxiaux, per pendiculaires à l'axe de symétrie du diffuseur 13 et diamètralement opposés par rapport à cet axe.
Le fond du chapeau 27 est percé d'une fenêtre circu laire au travers de laquelle passe le diffuseur 13 par son anneau 17 déjà cité.
Les conduits sont en communication par leur extré mité interne avec le canal annulaire 22, au travers de fenêtres circulaires 27c découpées dans l'enveloppe 21, de laquelle ils reçoivent l'eau expulsée du diffuseur 13 et déviée dans leur direction par deux séries d'ailettes 28a et 28b ainsi que par un déflecteur de révolution 29 solidaire de l'enveloppe 21. Les groupes de buses 15 et 16 précédemment cités sont alimentés en eau sous pression chacun par un seg ment de conduit 27a ou 27b déterminé.
En effet chaque groupe de deux buses est monté sur une enveloppe propre 30, pour le groupe 15, respecti vement 31 pour le groupe 16, avec laquelle chaque buse communique. Chaque enveloppe est montée pivotante et de façon étanche sur la face externe d'un segment de conduit 27a ou 27b par l'intermédiaire d'un manchon 30a, respectivement 31a, formant support pour un pla teau denté 32, respectivement 33.
Ces deux plateaux se font donc face et sont coaxiaux ; de plus, ils sont chacun en prise avec deux autres pla teaux dentés 34 et 35, se faisant également face et qui sont coaxiaux au diffuseur 13.
En effet, le premier de ces plateaux 34 est fixé sur la face externe de l'enveloppe 21, solidairement à celle-ci alors que le second, 35, est solidaire de l'anneau d'homo généisation 17 précédant le diffuseur.
L'orientation des buses des groupes 15 et 16 est telle que le couple dont les jets sont à l'origine entraîne, par réaction, les enveloppes 30 et 31 et donc les engrenages 32 et 33 qui leur sont associés, dans des directions horaires opposées.
Ces engrenages 32 et 33 étant en prise avec les plateaux dentés 34 et 35 solidaires, le premier, avec l'enveloppe 21 et, le second, avec le diffu seur 13 et lesdits engrenages 32 et 33 étant par ailleurs montés sur le chapeau 27 qui est susceptible de tourner autour de l'axe du diffuseur, l'ensemble constitue un système cinématique dont les vitesses angulaires des divers mobiles répondent à la formule de Willis, relative aux systèmes planétaires
EMI0003.0060
où C013, eu.,,
et C0.7 sont les vitesses angulaires respective ment du diffuseur 13, de l'enveloppe 21 et du chapeau 27 alors que n35 et n3,1 sont le nombre de dents des plateaux dentés 35 et 34.
Dans la. forme d'exécution représentée n3,5 = n31 d'où
EMI0003.0071
Si la tête illustrée en fig. 3 ne présentait ni frein 26, ni buses additionnelles 21a et 21b et si la liberté de rota tion du diffuseur 13 est réellement parfaite, les vitesses de rotation w13 et wsl seront alors pratiquement égales entre elles tout en étant de sens contraire de sorte que w13 = - u1il = w.
EMI0003.0081
Il s'ensuit donc que, dans ces conditions, le chapeau 27 ne se déplace pas angulairement et que les groupes de buses 15 et 16 ne font que tourner autour de leur axe de pivotement sans changer leur position relative par rapport à l'axe vertical de l'ensemble 12 de sorte que l'arrosage réalisé avec un tel ensemble s'effectuera cons tamment selon deux plans parallèles, perpendiculaires au plan de la fig. 3 au dessin.
Pour que cet arrosage ait au contraire lieu tout autour de l'ensemble 12, en particulier de manière sphérique, il est donc indispensable de ralentir l'un des mobiles en présence, diffuseur 13 ou enveloppe 21, par rapport à l'autre de manière que I C013 1 ne soit pas égal à I-w.l l . Ce ralentissement est réalisé dans la. construction illus- trés en fig. 3 par les buses additionnelles 21a et 21b dont est munie l'enveloppe 21.
En variante, il serait bien entendu possible de ralentir non pas l'enveloppe 21 mais le diffuseur 13, par exemple en disposant à la sortie de celui-ci un cubage approprié qui lui serait solidaire et qui produirait, par l'écoulement de l'eau sortant du diffuseur, le couple antagoniste indis pensable.
Si Aw est la différence de vitesse en valeur absolue de l'enveloppe 21 par rapport au diffuseur 13, alors wl; _ - w11 + Aw de sorte que, en insérant cette nouvelle relation dans la formule de Willis
EMI0004.0015
Ainsi donc, si l'un des mobiles 13 ou 27 tourne à une vitesse en valeur absolue différente de Aw par rapport à la vitesse de l'autre mobile,
le chapeau 27 portant les deux groupes de buses 15 et 16 se déplacera angulaire- ment autour de l'axe vertical de la tête d'arrosage avec une vitesse angulaire égale à la moitié de Aw. L'érosion produite par les jets d'eau émis par les groupes de buses 15 et 16 sur les parois des citernes est d'autant plus efficace que la vitesse de déplacement de l'impact du jet sur la surface à nettoyer est basse.
L'expé rience a montré que, dans le cas du nettoyage des parois de citernes contenant habituellement du pétrole, l'arra chage des dépôts recouvrant ces parois est optimum lorsque, dans une tête du genre illustré, la vitesse de rotation des groupes de buses 15 et 16 autour de leur axe est de l'ordre de quelques tours par minute au maximum. Une remarque similaire peut être faite en ce qui con cerne la vitesse de déplacement de ces mêmes têtes autour de l'axe vertical.
Si cette dernière ne dépend que du ralentissement relatif imposé à l'un des mobiles 21 ou 13 par rapport à l'autre, la vitesse de rotation des groupes de buses 15 et 16 autour de l'axe horizontal de la tête ainsi que celle du diffuseur 13 et de l'enveloppe 21 qui leur sont cinématiquement solidaires ne dépend elle que de l'énergie motrice à disposition, du moment d'inertie de chaque mobile et des pertes s'opposant au déplacement de ces mobiles.
L'énergie motrice à disposition due à l'éjection par les buses 15 et 16 d'une masse m d'eau par unité de temps avec une vitesse Ce est
EMI0004.0039
Cette énergie est communiquée aux différentes masses tournantes de la tête d'arrosage de sorte que le bilan énergétique s'établit de la façon suivante
EMI0004.0041
où h"_1,; = somme des moments d'inertie des groupes de buses 15 et 16 et des roues dentées 33 et 34 par rapport à leur axe horizontal de rotation.
= vitesse angulaire de rotation des groupes 15 et 16 autour de cet axe.
L,7 = moment d'inertie du chapeau 27, des groupes - de buses 15 et 16 et de leurs roues dentées 33 et 34 par rapport à l'axe vertical de rotation du chapeau 27.
w#,7 = vitesse angulaire du chapeau 27.
hl = moment d'inertie de l'enveloppe 21 et du plateau denté 34 par rapport à l'axe de rota tion de cette enveloppe.
v>>1 = vitesse angulaire de l'enveloppe 21.
<B>Il.,,</B> = moment d'inertie du diffuseur 13 et du pla teau denté 35 par rapport à l'axe vertical de rotation du diffuseur.
w1= vitesse angulaire du diffuseur 13.
P = pertes comprenant celles par frottements mé caniques, hydrauliques et ventilation des di vers mobiles en présence.
Le bilan énergétique ci-dessus ne tient compte que des masses solides en mouvement et néglige les moments d'inertie des masses d'eau remplissant à chaque instant les mobiles en présence et entraînées aux vitesses 0),,-16, (o_'7, c >1 et 0)l3.
Comme la vitesse de sortie Ce de l'eau projetée par les buses 15 et 16 est relativement importante, de manière que les jets d'eau dirigés sur les parois de la citerne à laver touchent ces parois de façon particulièrement vio lente, et que par ailleurs le poids des différentes pièces que comporte une tête d'arrosage du genre illustré au dessin et leur distance par rapport à leurs axes de rota tion respectifs sont relativement réduits, les vitesses angulaires wh_l@, w-7,
w21 et w13 résultantes peuvent atteindre des valeurs très élevées alors qu'on voudrait précisément qu'elles soient particulièrement basses ainsi que décrit précédemment.
Pour obvier à cet inconvénient, il est prévu selon l'invention d'augmenter les pertes P en faisant usage du frein 26 disposé entre l'enveloppe 21 et le diffuseur 13. L'action freinante du frein 26 est en effet assurée puisque le diffuseur 13 et l'enveloppe 21 tournent dans des direc tions contraires l'un de l'autre et avec une vitesse relative égale à w13 + w.#l - AU) = Qrel Ainsi donc, lorsque la lance 5 produit son jet en direc tion du diffuseur, celui-ci transforme l'énergie de vitesse de l'eau en énergie de pression ;
l'eau sous pression remonte dans le canal annulaire 22, passe dans l'ouver ture du chapeau 27 et dans les segments de conduit 27a et 27b et de là dans les chambres 30 et 31 puis est éjectée par les buses 15 et 16.
La réaction due aux jets développe sur ces buses un couple moiteur déterminant la rotation des chambres 30 et 31 autour des segments de conduit 27a et 27b ainsi que la rotation des plateaux dentés 34 et 35 sur eux-mêmes et en conséquence de l'enceinte 21 et du diffuseur 13 dans des directions opposées et à des vitesses différentes, d'une quantité égale à Acw en valeur absolue. C'est cette différence de vitesse qui est exploitée pour commander la rotation du chapeau 27 et des buses 15 et 16 autour de l'axe vertical de la tête d'arrosage, comme déjà décrit.
Il convient encore de rappeler que la rotation du diffuseur 13 autour de son axe de symétrie n'entraîne aucun effet de torsion des câbles 11a et 11b, puisque ce diffuseur est monté pivotant sur un disque mobile 19 auquel les câbles sont fixés.
Indépendamment de la. faculté de manoeuvre et de la mobilité dont l'installation décrite bénéficie, par suite de la légèreté de ses éléments et en particulier de la sup pression du conduit flexible d'alimentation utilisé habi tuellement dans les installations connues,
cette installation présente l'avantage d'offrir un rendement intéressant et une homogénéité parfaite du lavage réalisé même lorsque le bateau sur lequel elle est montée est soumis à une houle relativement intense.
En effet, avec l'installation selon l'invention, la posi tion, par rapport aux parois de la citerne à laver, de l'ensemble de lavage 12, suspendu aux câbles l la et 11b, reste alors constante grâce à Peffo:rt axial développé par le jet 9 sur l'ensemble 12 dont la, direction est imposée par la lance solidaire du bateau et suivant ce bateau dans son oscillation.