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.
Installation for washing a tank inside The internal cleaning of very large tanks, in particular those fitted to oil tankers, has been carried out for some time using more or less automated installations.
Some of these include a series of conduits fixed to the ceiling of tanks and supplied with pressurized water, the inner end of which carries a swiveling nozzle which a suitable mechanism allows slack to see to lead it practically in any angular position, and even to make it perform well-defined changes corresponding to a pre-established watering program.
This type of installation, relatively simple as to its structure, is however of a proportionately high price since each of the conduits must include its own nozzle with which is associated a particular control mechanism.
In addition, if this installation, in which the vertical position of the nozzle in the tank is fixed during watering, is intended for the cleaning of tanks with particularly large dimensions, such as those found in the case of giant tankers ., The quality of the cleaning performed is very different depending on whether the point of impact of the jet is close to or on the contrary far from the nozzle.
In addition, as the walls of these tanks are reinforced by structures, their surface is far from being uniform and smooth and is on the contrary provided with ribs of often large dimensions, which create obstacles to the water jets. The extent of the zones not affected under these conditions by the jet is therefore all the more important as the fittings are high and as the inclination of the plane containing them approaches 900 with respect to the axis of a jet. headed from their side.
Another type of installation is also known for washing the interior of tanks, comprising a washing head with rotating nozzles attached to the end of a flexible pipe winding on the drum of a winch, mounted on a cart that can be moved above the tank, and that is unrolled as needed so as to move the head vertically in the tank in order to allow the jet produced to attack the same parts of the wall under various angles, that is to say to turn the obstacles formed by the resistant elements of the frame of the boat.
Although, apparently, this construction seems particularly suitable for washing large tanks, taking into account the mobility of the washing head, today it has given way to that previously cited because it suffers from two very important drawbacks.
In fact, with this type of installation, the greater the depth of the tanks and the longer the flexible duct, so that the operating winch and its control mechanism then have dimensions and weight such as the trolley. on which the various parts of the installation are mounted can only be operated with difficulty.
In addition, the flexible conduit to which the sprinkler head is attached is generally made of rubber and can consequently generate the creation of static electricity liable to give rise to explosions under certain conditions of vapor pressure and of the quality of the residual gases. remaining in the tanks after they have been emptied.
The present invention specifically relates to an installation for internally washing a cistern, comprising a head for spraying the walls of the cistern, and a device for supplying liquid under pressure to this head, obviating the various drawbacks mentioned above and which is characterized, for this purpose, by the fact that this device comprises, on the one hand, a lance for directing a free jet of liquid, homogeneous, in the tank and, on the other hand, a diffuser associated with the head and the entrance opening of which is placed opposite the lance, coaxially with the latter,
while its outlet opening communicates with said sprinkler head of which it ensures the supply of liquid received from the jet, after transformation of its kinetic energy into pressure energy.
The appended drawing represents, by way of example and very schematically, an embodiment of the object of the present invention, more particularly intended for washing the tanks of oil tankers. The fi- <B> <U> * < / U> </B> 1 is a side elevation. The fi g. 2, a front view.
The fi g. 3, a vertical section, on a large scale, according to I11-111 of fi .. 1.
The <U> fi-. </U> 4 shows in section. transverse a tank of an oil tanker equipped with its internal washing installation.
This installation is attached to a mobile trolley 1, capable of being moved on deck 2 of the boat to be driven alternately to the right of different openings 3 made in the deck and opening onto a corresponding number of tanks or sections. of tanks 4 (fig. 1 and 4).
This carriage carries an angled lance 5 supplied with pressurized water by a nurse 6 of the boat through a valve 7 and an intermediate flexible conduit 8; the ejector 5a of the lance is oriented so as to produce a free jet of water 9 directed vertically from top to bottom and having a particularly compact and regular section.
On the carriage is also disposed a winch 10 to the drum of which are fixed two cables 11a and 11b for the suspension of a sprinkler assembly 12 placed under the lance 5, coaxially with its jet 9 which ensures the supply in water, as we will see later.
Thanks to the winch 10, it is possible to move the assembly 12 vertically in the tank 4 of the boat, from top to bottom or from bottom to top, so as in particular to ensure uniform washing of all parts of its walls, by a relatively slow descent into the tank, or to quickly recover the whole, by a much more accelerated upward movement.
These two conditions are fulfilled automatically by subjecting this winch to the action of a brake motor 10a actuated directly by the water supplying the lance through a bypass 10b and that a control not shown allows to operate either as a motor, the winch then lifting the assembly 12, or as a brake, allowing the unwinding of the cables 11a and 11b when the latter are subjected to a traction of sufficient intensity, greater than that resulting exclusively the self-weight of the assembly 12, so that the descent of this assembly into the washing tank takes place at as constant a speed as possible.
In the installation shown, the force determining the vertical displacement of the assembly 12 is created by the thrust of the jet 9 meeting this assembly.
The ejector 5a of the lance 5 is chosen such that, at its exit, the pressurized water is the object of total expansion, while forming a perfectly homogeneous liquid stream over its entire length.
On impact of the jet 9 on the assembly 12, the total energy of this stream is equal to the kinetic energy resulting from the expansion at the exit of the ejector increased by the kinetic energy acquired under the action of gravity, in its fall between this ejector and the assembly.
The assembly 12 is arranged so as to transform this kinetic energy back into pressure energy, with optimum efficiency, so as to ensure perfect, homogeneous, rational and rapid watering.
This assembly comprises for this purpose, on the one hand, a diffuser 13 intended to carry out the above transformation and, on the other hand, a sprinkling head 14 including two groups 15 and 16 of two rotary nozzles.
The diffuser 13 is preceded by a cylindrical homogenization neck 17, and a funnel 18 for receiving the free jet 9 arranged at the inlet of the neck and pivotally mounted on a movable disc 19 fixed to the ends of the suspension cables. 11a and 11b.
The efficiency of such a diffuser can reach a value of the order of 80% provided that its walls are given an inclination of the order of 50 to 6 approximately and ensure that the thickness of the boundary layer at its entry is small, which is the case if the length of the neck 17 is short.
But this efficiency and, more generally, the correct functioning of the diffuser are only ensured if the section of the jet at the inlet of the diffuser remains constant, for a given flow rate, whatever the distance separating the lance and the diffuser,
which is unfortunately not the case since the free jet is subjected to the action of the earth's attraction and its speed at the inlet of the diffuser is greater than its speed at the exit of the lance as a result, the water flow being identical for a given pressure, the section of the water jet at the outlet of the lance will be greater than the section of this same jet at the inlet of the diffuser,
the section of the jet at the diffuser thus being all the smaller the further the diffuser is from the lance.
Since the diffuser is sized for a given jet diameter, its correct operation would only be ensured for a single position relative to the lance. Indeed, if the diameter of the jet is smaller than the inlet diameter of the diffuser, the flow of water in the diffuser takes off from the walls of the latter and there is no transformation of the kinetic energy of the jet into a pressure energy, if on the contrary the diameter of the jet is too large, the diffuser does not absorb all the flow of the jet.
To take into account the drawbacks mentioned above, resulting from the use of a free jet for supplying water to a sprinkler head, the invention envisages a regulation of the jet diameter as a function of the distance from washing device in relation to the lance.
To this end, the lance has, in the vicinity of its outlet, a variable-section nozzle, 5b, slaved, by an appropriate transmission 5c, to the drum of the winch 10, the number of rotations of which from a given instant obviously corresponds to at a determined length of unwinding of the cables 11a and 11b and therefore at an adjustable distance between the diffuser and the lance.
This transmission can therefore be chosen such that the outlet section of the lance produces a jet of which the section at the inlet of the diffuser remains constant, equal to that of the calculation of the diffuser, whatever the position of the latter with respect to spear.
The outlet section of the lance will therefore be maximum when the diffuser is in its lower position, at the bottom of the tank, and minimum if the diffuser is at the top of this tank.
If we accept a constant pressure of the water distributed by the nurse 6 of the boat, the flow rate of the lance will vary approximately linearly with the outlet section of the lance and the pressure available for washing, at the height of the lance. diffuser, will vary with the position of that diffuser.
A higher pressure and a higher flow rate will therefore be available when the sprinkling assembly 12 is near the bottom of the tank, which fully corresponds to the washing needs.
On its external face, the diffuser 13 is provided with fins 20a supporting a ring 20 forming a pivoting bearing surface for a cylindrical casing 21 coaxial with the diffuser and delimiting with the latter an annular channel 22.
The bottom 23 and the part of the casing at the level of the opening of the diffuser are equidistant from this diffuser and their connection surface develops according to a rounded profile having in a meridian plane a constant radius of curvature centered on the edge of the diffuser.
In addition, the diffuser carries a deflector 24, fixed to its wall by ribs not shown and facing its opening, having a profile of revolution such that the distance between any point on its surface and a point on the edge of the diffuser. the opening of the diffuser contained in the same determined meridian plane, is constant and equal to the radius of curvature of the connection surface between the bottom 23 and the side wall of the casing 21.
This deflector and this connection surface thus delimit under the diffuser a volume corresponding to that of the lower half of a torus, which is divided into five distinct channels by four fins 25 of semicircular cross section intended to facilitate the deflection at 180.1 of the water coming from the diffuser in the direction of the annular channel 22 mentioned above. These fins 25 are also made integral with the diffuser 13 by ribs not shown.
At the lower part of the casing is fixed, by its housing, a braking device 26, one part of which is connected by a pin 26a to the deflector 24 and the other part of which is integral with the casing and therefore follows the casing 21 in its possible angular displacements: the purpose of this braking device will be indicated below.
In addition, the casing 21 also bears, on the lower part of its side wall, two nozzles 21a and 21b extending horizontally in opposite directions and supplied with pressurized water, these nozzles being intended to produce, by reaction, a resistive torque opposing the motor torque capable of being developed by the nozzles 15 and 16 on the casing 21. The mode of transmission of this motor torque to the casing 21 and the reasons for the use of the antagonistic nozzles 21a and 21b will be specified later.
The upper part of the casing 21 is slightly tightened at 20c so as to form a cylindrical collar on which is pivoted a cap 27 carrying two duct segments 27a and 27b which are coaxial, perpendicular to the axis of symmetry of the diffuser. 13 and diametrically opposed with respect to this axis.
The bottom of the cap 27 is pierced with a circular window through which the diffuser 13 passes through its ring 17 already mentioned.
The conduits are in communication by their internal end with the annular channel 22, through circular windows 27c cut into the casing 21, from which they receive the water expelled from the diffuser 13 and deflected in their direction by two series of fins 28a and 28b as well as by a revolution deflector 29 integral with the casing 21. The groups of nozzles 15 and 16 mentioned above are each supplied with pressurized water each by a segment of duct 27a or 27b determined.
In fact, each group of two nozzles is mounted on its own envelope 30, for group 15, respectively 31 for group 16, with which each nozzle communicates. Each casing is mounted to pivot and in a sealed manner on the external face of a segment of duct 27a or 27b by means of a sleeve 30a, respectively 31a, forming a support for a toothed plate 32, respectively 33.
These two plates therefore face each other and are coaxial; in addition, they are each engaged with two other toothed plates 34 and 35, also facing each other and which are coaxial with the diffuser 13.
Indeed, the first of these plates 34 is fixed to the external face of the casing 21, integrally therewith, while the second, 35, is integral with the homogenization ring 17 preceding the diffuser.
The orientation of the nozzles of groups 15 and 16 is such that the torque of which the jets are at the origin drives, by reaction, the envelopes 30 and 31 and therefore the gears 32 and 33 which are associated with them, in opposite clockwise directions. .
These gears 32 and 33 being in engagement with the toothed plates 34 and 35 integral with the first, with the casing 21 and, the second, with the diffuser 13 and said gears 32 and 33 being also mounted on the cap 27 which is capable of rotating around the axis of the diffuser, the whole constitutes a kinematic system whose angular speeds of the various moving parts correspond to the formula of Willis, relating to planetary systems
EMI0003.0060
where C013, eu. ,,
and C0.7 are the angular speeds of the diffuser 13, of the casing 21 and of the cap 27 respectively, while n35 and n3,1 are the number of teeth of the toothed plates 35 and 34.
In the. embodiment shown n3.5 = n31 hence
EMI0003.0071
If the head illustrated in fig. 3 had neither brake 26, nor additional nozzles 21a and 21b and if the freedom of rotation of the diffuser 13 is really perfect, the speeds of rotation w13 and wsl will then be practically equal to each other while being in the opposite direction so that w13 = - u1il = w.
EMI0003.0081
It therefore follows that, under these conditions, the cap 27 does not move angularly and that the groups of nozzles 15 and 16 only rotate around their pivot axis without changing their relative position with respect to the vertical axis. of the assembly 12 so that the watering carried out with such an assembly will be carried out constantly in two parallel planes, perpendicular to the plane of FIG. 3 in the drawing.
In order for this watering to take place on the contrary all around the assembly 12, in particular in a spherical manner, it is therefore essential to slow down one of the moving parts present, diffuser 13 or casing 21, relative to the other in such a manner. that I C013 1 is not equal to Iw.ll. This slowdown is achieved in the. construction shown in fig. 3 by the additional nozzles 21a and 21b with which the casing 21 is fitted.
As a variant, it would of course be possible to slow down not the envelope 21 but the diffuser 13, for example by placing at the outlet thereof an appropriate volume which would be integral with it and which would produce, by the flow of the water coming out of the diffuser, the indispensable antagonist couple.
If Aw is the speed difference in absolute value of the envelope 21 relative to the diffuser 13, then wl; _ - w11 + Aw so that by inserting this new relation into Willis' formula
EMI0004.0015
Thus, if one of the mobile 13 or 27 rotates at a speed in absolute value different from Aw with respect to the speed of the other mobile,
the cap 27 carrying the two groups of nozzles 15 and 16 will move angularly around the vertical axis of the sprinkler head with an angular speed equal to half Aw. The erosion produced by the water jets emitted by the groups of nozzles 15 and 16 on the walls of the tanks is all the more effective as the speed of displacement of the impact of the jet on the surface to be cleaned is low.
Experience has shown that, in the case of cleaning the walls of tanks usually containing petroleum, the removal of deposits covering these walls is optimum when, in a head of the type illustrated, the speed of rotation of the groups of nozzles. 15 and 16 around their axis is of the order of a few revolutions per minute at most. A similar remark can be made with regard to the speed of movement of these same heads around the vertical axis.
If the latter only depends on the relative slowing down imposed on one of the moving parts 21 or 13 with respect to the other, the speed of rotation of the groups of nozzles 15 and 16 around the horizontal axis of the head as well as that of the diffuser 13 and the casing 21 which are kinematically integral with them depends only on the motive energy available, the moment of inertia of each mobile and the losses opposing the movement of these mobile.
The motive energy available due to the ejection by the nozzles 15 and 16 of a mass m of water per unit of time with a speed Ce is
EMI0004.0039
This energy is communicated to the various rotating masses of the sprinkler head so that the energy balance is established as follows
EMI0004.0041
where h "_1 ,; = sum of the moments of inertia of the groups of nozzles 15 and 16 and of the toothed wheels 33 and 34 with respect to their horizontal axis of rotation.
= angular speed of rotation of groups 15 and 16 around this axis.
L, 7 = moment of inertia of the cap 27, of the groups - of nozzles 15 and 16 and of their toothed wheels 33 and 34 with respect to the vertical axis of rotation of the cap 27.
w #, 7 = angular speed of the cap 27.
hl = moment of inertia of the casing 21 and of the toothed plate 34 with respect to the axis of rotation of this casing.
v >> 1 = angular velocity of the envelope 21.
<B> Il. ,, </B> = moment of inertia of diffuser 13 and toothed plate 35 with respect to the vertical axis of rotation of the diffuser.
w1 = angular velocity of diffuser 13.
P = losses including those by mechanical and hydraulic friction and ventilation of the various moving parts present.
The above energy balance only takes into account the solid masses in motion and neglects the moments of inertia of the masses of water filling at each moment the moving bodies present and driven at speeds 0) ,, - 16, (o_'7 , c> 1 and 0) l3.
As the outlet speed Ce of the water projected by the nozzles 15 and 16 is relatively high, so that the jets of water directed at the walls of the tank to be washed touch these walls in a particularly violent manner, and that by elsewhere, the weight of the various parts that a sprinkler head of the type illustrated in the drawing comprises and their distance from their respective axes of rotation are relatively reduced, the angular speeds wh_l @, w-7,
w21 and w13 resulting can reach very high values whereas one would precisely want them to be particularly low as described previously.
To overcome this drawback, provision is made according to the invention to increase the losses P by using the brake 26 arranged between the casing 21 and the diffuser 13. The braking action of the brake 26 is in fact ensured since the diffuser 13 and the envelope 21 rotate in opposite directions from each other and with a relative speed equal to w13 + w. # L - AU) = Qrel So therefore, when lance 5 produces its jet in direction of the diffuser, this transforms the speed energy of the water into pressure energy;
the pressurized water rises in the annular channel 22, passes through the opening of the cap 27 and the duct segments 27a and 27b and from there into the chambers 30 and 31 and is then ejected through the nozzles 15 and 16.
The reaction due to the jets develops on these nozzles a wetness torque determining the rotation of the chambers 30 and 31 around the duct segments 27a and 27b as well as the rotation of the toothed plates 34 and 35 on themselves and consequently of the enclosure 21 and the diffuser 13 in opposite directions and at different speeds, by an amount equal to Acw in absolute value. It is this difference in speed which is used to control the rotation of the cap 27 and of the nozzles 15 and 16 around the vertical axis of the sprinkler head, as already described.
It should also be remembered that the rotation of the diffuser 13 around its axis of symmetry does not cause any effect of torsion of the cables 11a and 11b, since this diffuser is pivotally mounted on a movable disc 19 to which the cables are attached.
Regardless of the. maneuverability and mobility which the installation described benefits from, as a result of the lightness of its elements and in particular the removal of the flexible supply duct normally used in known installations,
this installation has the advantage of offering an interesting yield and a perfect homogeneity of the washing carried out even when the boat on which it is mounted is subjected to a relatively intense swell.
In fact, with the installation according to the invention, the position, relative to the walls of the tank to be washed, of the washing assembly 12, suspended from the cables 11a and 11b, then remains constant thanks to Peffo: rt axial developed by the jet 9 on the assembly 12, the direction of which is imposed by the lance integral with the boat and following this boat in its oscillation.