FR2759121A1 - Suction unit for introducing fluid into conduit in which circulates second fluid - Google Patents
Suction unit for introducing fluid into conduit in which circulates second fluid Download PDFInfo
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'ASPIRATION D'UN FLUIDE A L'INTERIEUR D'UNE
CONDUITE DE CIRCULATION D'UN DEUXIEME FLUIDE.DEVICE FOR SUCTION OF A FLUID INSIDE A
CIRCULATION DUCT OF A SECOND FLUID.
L'invention concerne un dispositif d'aspiration d'un fluide à l'intérieur d'une conduite de circulation d'un deuxième fluide. Un tel dispositif peut notamment être utilise soit en vue du dosage et de l'injection d'un fluide à l'intérieur d'une conduite de circulation d'un fluide à traiter, soit en tant que générateur de vide. The invention relates to a device for sucking a fluid inside a pipe for circulating a second fluid. Such a device can in particular be used either for metering and injecting a fluid inside a pipe for circulating a fluid to be treated, or as a vacuum generator.
Il existe à l'heure actuelle plusieurs techniques d'injection et de dosage d'un fluide (réactif liquide ou gaz) dans une conduite où s'écoule un fluide moteur. There are currently several techniques for injecting and dosing a fluid (liquid reagent or gas) into a pipe through which a working fluid flows.
La première de ces techniques décrite notamment dans les brevets GB-1 128 287, US-3 671 025 et
US-2 198 998, consiste à utiliser l'effet Venturi et donc la pression du fluide à traiter comme source motrice. Or, cette pression n'est pas proportionnelle au débit du fluide à traiter, et le premier inconvénient de cette technique réside donc dans le fait qu'elle ne permet pas d'obtenir un débit de fluide à doser proportionnel au débit de fluide à traiter.The first of these techniques described in particular in patents GB-1,128,287, US-3,671,025 and
US-2 198 998, consists in using the Venturi effect and therefore the pressure of the fluid to be treated as a driving source. However, this pressure is not proportional to the flow rate of the fluid to be treated, and the first drawback of this technique therefore lies in the fact that it does not make it possible to obtain a flow rate of fluid to be dosed proportional to the flow rate of fluid to be treated .
De plus, une telle technique nécessite des pressions de fonctionnement elevées, c'est-à-dire des pressions de fluide à traiter relativement importantes. In addition, such a technique requires high operating pressures, that is to say relatively high fluid pressures to be treated.
Concernant le dispositif décrit dans le brevet US-3 671 025, il convient, à cet effet, de se référer au tableau 1, colonne 3 dudit brevet, qui illustre clairement que ce dispositif ne fonctionne pas pour des pressions de fluide à traiter de 10 P.S.I. (environ 689 mbars ou 6,89 m de colonne d'eau). Il en est de même pour le dispositif décrit dans le brevet GB-1 128 287. En effet, le tuyau d'amenee du fluide à doser de ce dispositif comporte extérieurement, au niveau de son extrémité, un évasement profilé qui empêche tout décollement de fluide sur cette partie profilée ; de ce fait, l'aspiration du fluide à doser résulte de la dépression créée par la forte accélération du fluide à traiter au niveau de la section rétrécie de la conduite (effet Venturi) et le dispositif nécessite d'importantes pressions de fluide à traiter pour fonctionner.Concerning the device described in patent US Pat. No. 3,671,025, it is for this purpose to refer to Table 1, column 3 of said patent, which clearly illustrates that this device does not work for fluid pressures to be treated of 10 PSI (approximately 689 mbar or 6.89 m of water column). It is the same for the device described in patent GB-1,128,287. In fact, the supply pipe for the fluid to be metered from this device has externally, at its end, a profiled flare which prevents any detachment from fluid on this profiled part; therefore, the suction of the fluid to be dosed results from the depression created by the strong acceleration of the fluid to be treated at the level of the narrowed section of the pipe (Venturi effect) and the device requires high pressures of fluid to be treated to function.
De plus, il est à noter que le dispositif décrit dans ce brevet GB-1 128 287 présente une très forte section contractée au droit de l'extrémité du tuyau d'amenée du fluide à doser, et ne peut, de ce fait, être utilisé pour traiter des fluides chargés contenant des particules en suspens ion de tailles supérieures à quelques dixièmes de millimètres. En effet, selon le mode de réalisation décrit dans ce brevet, le diamètre interne de la conduite véhiculant le fluide à traiter est de 3/8 pouce, soit 9,52 mm, et le diamètre externe de l'extrémité d'amenée du fluide à doser est de 11/32 de pouce, soit 8,73 mm. Par conséquent, la taille maximale des particules en suspension dans le fluide à traiter ne peut excéder 385 pm. In addition, it should be noted that the device described in this patent GB-1 128 287 has a very large cross-section contracted at the end of the pipe for supplying the fluid to be dosed, and cannot therefore be used to treat charged fluids containing suspended particles larger than a few tenths of a millimeter. Indeed, according to the embodiment described in this patent, the internal diameter of the pipe carrying the fluid to be treated is 3/8 inch, or 9.52 mm, and the external diameter of the fluid supply end to be dosed is 11/32 inch, or 8.73 mm. Consequently, the maximum size of the particles in suspension in the fluid to be treated cannot exceed 385 μm.
En dernier lieu, cette technique utilisant l'effet Venturi conduit à la réalisation de dispositifs, tels que notamment décrits dans les brevets GB-1 128 287 et
US-3 671 025, qui ne peuvent être insérés dans des conduites en charge ou présentant des contre-pressions. Ces dispositifs ne peuvent, notamment, pas être utilisés lorsque la sortie de ces derniers (sortie du fluide à traiter) est reliée à une canalisation montante (même de hauteur inférieure à 40 cm) ou à une canalisation dont le diamètre interne est inférieur au diamètre interne de la sortie desdits dispositifs.Finally, this technique using the Venturi effect leads to the production of devices, such as in particular described in patents GB-1,128,287 and
US Pat. No. 3,671,025, which cannot be inserted into pipes under load or having back pressures. These devices cannot, in particular, be used when the outlet of the latter (outlet of the fluid to be treated) is connected to a rising pipe (even of a height less than 40 cm) or to a pipe whose internal diameter is less than the diameter internal of the output of said devices.
Il en est de même pour le dispositif décrit dans le brevet US-2 198 998 qui ne peut être utilisé que si la sortie est libre, c'est-à-dire à la pression atmosphérique. It is the same for the device described in patent US-2 198 998 which can only be used if the outlet is free, that is to say at atmospheric pressure.
La deuxième technique d'injection et de dosage d'un fluide consiste à créer une contre-pression sur une membrane étroitement liée à un piston-doseur, ou à entraîner un piston-doseur au moyen d'un piston principal actionné par l'écoulement d'un liquide. Cette technique qui conduit à la réalisation de doseurs proportionnels présente trois inconvénients majeurs. En effet, et en premier lieu, de tels doseurs proportionnels utilisent des pièces mobiles qui génèrent des pertes de charge qui peuvent être importantes, et donc nécessitent des pressions de fonctionnement élevées. De plus, ces pièces mobiles sont soumises à des conditions d'usure qui imposent leur remplacement périodique. Enfin, l'entretien et la maintenance de tels doseurs proportionnels imposent l'intervention d'une main d'oeuvre qualifiée. The second technique for injecting and dosing a fluid consists in creating a back pressure on a membrane closely linked to a metering piston, or at driving a metering piston by means of a main piston actuated by the flow. of a liquid. This technique which leads to the production of proportional dosers has three major drawbacks. Indeed, and first of all, such proportional dosers use moving parts which generate pressure losses which can be significant, and therefore require high operating pressures. In addition, these moving parts are subject to wear conditions which require their periodic replacement. Finally, the upkeep and maintenance of such proportional dosers requires the intervention of a qualified workforce.
Une troisième technique, décrite dans le brevet FR-2 698 798, utilise l'effet de Karman, et consiste à former une couche limite sur une paroi lisse, à laisser se développer cette couche limite sur une distance caractéristique, à provoquer le décollement de cette dernière, et à créer des tourbillons de Karman. Une telle technique présente également plusieurs inconvénients. A third technique, described in patent FR-2 698 798, uses the Karman effect, and consists in forming a boundary layer on a smooth wall, in allowing this boundary layer to develop over a characteristic distance, in causing the separation of the latter, and to create Karman vortices. Such a technique also has several drawbacks.
En effet, et en premier lieu, les dispositifs réalisés selon cette technique, et tels que décrits dans le brevet FR-2 698 798, ne peuvent être utilises ou insérés dans des conduites en charge (sous pression), ou présentant une contre pression. Ils ne peuvent fonctionner que lorsque la sortie du dispositif est directement reliée à la pression atmosphérique. Ils ne peuvent donc pas non plus fonctionner lorsque la sortie du dispositif (sortie du fluide traité), est reliée à une canalisation montante (même de hauteur inférieure à 40 cm) ou à une canalisation dont le diamètre interne est inférieur au diamètre du tuyau de sortie du dispositif. Indeed, and in the first place, the devices produced according to this technique, and as described in patent FR-2 698 798, cannot be used or inserted in pipes under load (under pressure), or having a back pressure. They can only operate when the output of the device is directly connected to atmospheric pressure. They cannot therefore either function when the outlet of the device (outlet of the treated fluid) is connected to a rising pipe (even of a height less than 40 cm) or to a pipe whose internal diameter is less than the diameter of the pipe. exit from the device.
De plus, de par la configuration du tuyau interne d'amenée du fluide à doser, le décollement de la couche limite qui s'effectue à l'extrémité du tuyau d'amenée du fluide à doser est retardé, surtout dans le cas des écoulements turbulents (plus de 90% des cas) où la couche limite est plus adhérente que dans le cas des écoulements laminaires. De ce fait, le dispositif nécessite un débit de fluide à traiter conséquent pour fonctionner ainsi qu'une pression du fluide moteur importante. In addition, due to the configuration of the internal pipe for feeding the metering fluid, the separation of the boundary layer which takes place at the end of the pipe for feeding the metering fluid is delayed, especially in the case of flows. turbulent (more than 90% of cases) where the boundary layer is more adherent than in the case of laminar flows. Therefore, the device requires a significant flow of fluid to be treated in order to function as well as a high pressure of the working fluid.
Enfin, compte tenu du fait que le décollement n'a lieu qu'a l'extrémité du tuyau d'amenée du fluide à doser
- les points de décollement de la couche limite et la taille de la zone tourbillonnaire ne sont pas fixes et évoluent en fonction du débit. Ceci entraîne des perturbations et des irrégularités au niveau du dosage. En effet, lorsque le débit du fluide à traiter augmente audelà de certaines valeurs, la taille de la zone tourbillonnaire, et par conséquent celle de la zone de proportionnalité, diminue,
- l'aspiration du produit à doser ne se fait pas uniquement grâce au détachement des tourbillons et au sillage dépressionnaire, mais en grande partie grâce à la dépression créée par l'accélération du fluide dans la section annulaire au droit du point d'injection du fluide à doser. Par conséquent, on obtient un effet comparable à un effet "Venturi" conduisant à une non proportionnalité entre les débits de fluide moteur et de fluide à doser.Finally, taking into account the fact that the detachment only takes place at the end of the supply pipe for the fluid to be dosed
- the delamination points of the boundary layer and the size of the vortex area are not fixed and change as a function of the flow. This leads to disturbances and irregularities in the dosage. In fact, when the flow rate of the fluid to be treated increases beyond certain values, the size of the swirl zone, and consequently that of the proportionality zone, decreases,
- the aspiration of the product to be dosed is not only thanks to the detachment of the vortices and the low pressure wake, but in large part thanks to the vacuum created by the acceleration of the fluid in the annular section at the right of the injection point of the fluid to be dosed. Consequently, an effect comparable to a "Venturi" effect is obtained, leading to a non-proportionality between the flow rates of working fluid and of fluid to be metered.
La présente invention vise à pallier les inconvénients précités des techniques de dosage connues, et a pour principal objectif de fournir un dispositif d'aspiration permettant d'obtenir un pourcentage du produit à doser proportionnel au débit du fluide à traiter, et pouvant fonctionner avec de très faibles pertes de charges. The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks of known dosing techniques, and has the main objective of providing a suction device making it possible to obtain a percentage of the product to be proportioned proportional to the flow rate of the fluid to be treated, and which can operate with very low pressure losses.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif pouvant fonctionner avec des canalisations en charge. Another objective of the invention is to provide a device which can operate with pipelines under load.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif d'aspiration dont la sortie peut être reliée à une canalisation montante ou à une canalisation dont la section est inférieure à la section de sortie du dispositif. Another object of the invention is to provide a suction device, the outlet of which can be connected to a rising pipe or to a pipe whose section is smaller than the outlet section of the device.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif d'aspiration de conception très simple, tant au point de vue de sa fabrication que de celui de son utilisation. Another object of the invention is to provide a suction device of very simple design, both from the point of view of its manufacture and that of its use.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif d'aspiration conçu pour être utilisé en tant que générateur de vide. Another object of the invention is to provide a suction device designed to be used as a vacuum generator.
A cet effet, l'invention vise un dispositif d'aspiration d'un fluide (A) dans une conduite de circulation d'un fluide, dit moteur, (B), comportant un tuyau d'amenée du fluide (A) s'étendant concentriquement à l'intérieur de la conduite de circulation du fluide moteur, de façon que d'une part, le fluide moteur s'écoule dans un espace annulaire délimité par la conduite de circulation du fluide moteur et le tuyau d'amenée du fluide (A), et d'autre part, le fluide (A) soit aspiré dans la conduite de circulation du fluide moteur au droit de l'extrémité du tuyau d'amenée dudit fluide (A). To this end, the invention relates to a device for aspirating a fluid (A) in a fluid circulation pipe, called a motor, (B), comprising a pipe for supplying the fluid (A) s' extending concentrically inside the pipe for circulating the working fluid, so that on the one hand, the working fluid flows in an annular space delimited by the pipe for circulating the working fluid and the pipe for supplying the fluid (A), and on the other hand, the fluid (A) is sucked into the driving fluid circulation line at the right of the end of the supply pipe of said fluid (A).
Selon l'invention, ce dispositif se caractérise en ce que l'extrémité du tuyau d'amenée du fluide (A) présente la forme d'un embout creux longitudinal de diamètre externe supérieur à celui dudit tuyau, doté d'une face frontale arrière, selon le sens d'écoulement des fluides, formant un épaulement à arête vive par rapport au tuyau d'amenée du fluide (A). According to the invention, this device is characterized in that the end of the fluid supply pipe (A) has the form of a longitudinal hollow end piece with an external diameter greater than that of said pipe, provided with a rear front face , depending on the direction of flow of the fluids, forming a shoulder with a sharp edge relative to the fluid supply pipe (A).
Un tel dispositif permet grâce à la présence de l'arête vive de l'embout du tuyau d'amenée du fluide (A), d'amener le fluide moteur (B) à se décoller sur cette arête vive, avec création d'un sillage dépressionnaire dans lequel baigne l'embout, et donc l'extrémité aval de ce dernier. Le fluide (A) se trouve ainsi aspiré, puis injecté dans le sillage dépressionnaire, et ce proportionnellement au débit du fluide moteur (B), conduisant à la formation d'un mélange constitué de la totalité du fluide (A), et d'une grande partie du fluide moteur (B). Thanks to the presence of the sharp edge of the end of the fluid supply pipe (A), such a device makes it possible to cause the working fluid (B) to come off on this sharp edge, with the creation of a low pressure wake in which the nozzle is bathed, and therefore the downstream end of the latter. The fluid (A) is thus sucked up, then injected into the low pressure wake, and this in proportion to the flow rate of the driving fluid (B), leading to the formation of a mixture consisting of all of the fluid (A), and of a large part of the working fluid (B).
Dans la pratique, il s'avère qu'un tel dispositif dans lequel le décollement du fluide moteur est obtenu grâce à la présence de l'arête vive de l'embout du tuyau d'amenée du fluide (A) permet
d'obtenir le décollement des filets fluides avec comme conséquence une diminution par rapport aux techniques actuelles du débit et de la pression du fluide moteur nécessaires à l'aspiration et à l'injection du fluide (A),
d'avoir des points de décollement fixes, quel que soit le débit du fluide moteur, et ainsi d'obtenir une proportionnalité entre le débit du fluide moteur (B) et le débit du fluide (A) sur une large plage de débits dudit fluide moteur.In practice, it turns out that such a device in which the separation of the working fluid is obtained thanks to the presence of the sharp edge of the end piece of the fluid supply pipe (A) allows
to obtain the separation of the fluid threads with as a consequence a reduction compared to the current techniques of the flow and the pressure of the working fluid necessary for the aspiration and the injection of the fluid (A),
to have fixed detachment points, whatever the flow rate of the working fluid, and thus to obtain a proportionality between the flow rate of the working fluid (B) and the flow rate of the fluid (A) over a wide range of flow rates of said fluid engine.
Contrairement aux dispositifs utilisant l'effet Venturi qui présentent un "obstacle" de forme profilée au niveau de l'extrémité du tuyau d'amenée du fluide (A), générateur d'une perte de charge nécessitant des pressions de fonctionnement élevées, le dispositif selon l'invention, dont "l'obstacle" présente une arête vive, conduit aux résultats avantageux précités, à savoir possibilité de fonctionnement avec des pressions et débits faibles, et proportionnalité sur de larges plages de débits. Unlike devices using the Venturi effect which present a "barrier" of profiled shape at the end of the fluid supply pipe (A), generating a pressure drop requiring high operating pressures, the device according to the invention, whose "obstacle" has a sharp edge, leads to the aforementioned advantageous results, namely possibility of operation with low pressures and flow rates, and proportionality over wide ranges of flow rates.
Selon une autre caractéristique de l'invention
la conduite de circulation du fluide moteur (B) présente longitudinalement au moins un tronçon courbe présentant un sommet de courbure,
l'extrémité du tuyau d'amenée du fluide (A) est disposée dans une plage angulaire comprise entre 350 et + 350 relativement à un axe radial (X) passant par le sommet du tronçon courbe de la conduite de circulation du fluide moteur (B).According to another characteristic of the invention
the driving fluid circulation pipe (B) has longitudinally at least one curved section having an apex of curvature,
the end of the fluid supply pipe (A) is disposed in an angular range between 350 and + 350 relative to a radial axis (X) passing through the top of the curved section of the driving fluid circulation pipe (B ).
Le fait de disposer l'embout du tuyau d'amenée du fluide (A) au droit d'un tronçon courbe de la conduite du fluide moteur permet d'accélérer le décollement des filets dudit fluide moteur grâce à la création d'un gradient transversal de pression dans toute section droite perpendiculaire à l'écoulement. Par conséquent, le débit d'aspiration du fluide (A) se trouve augmenté du fait que le sillage dépressionnaire devient plus important, et le dispositif selon l'invention peut fonctionner avec des débits très faibles. The fact of placing the end of the fluid supply pipe (A) in line with a curved section of the pipe of the working fluid makes it possible to accelerate the separation of the threads of said working fluid thanks to the creation of a transverse gradient pressure in any cross section perpendicular to the flow. Consequently, the suction flow rate of the fluid (A) is increased due to the fact that the low pressure wake becomes greater, and the device according to the invention can operate with very low flow rates.
Dans la pratique, il s'avère qu'un tel dispositif permet d'obtenir une proportionnalité entre le débit de fluide (A) et le débit du fluide moteur sur une très large plage de débit, avec une valeur inférieure de cette plage de débits très faible (500 l/h) et une pression du fluide moteur également très faible (25 mbars). In practice, it turns out that such a device makes it possible to obtain a proportionality between the fluid flow (A) and the flow of the working fluid over a very wide flow range, with a lower value of this flow range. very low (500 l / h) and also a very low pressure of the working fluid (25 mbar).
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'embout du tuyau d'amenée du fluide (A) présente une section interne supérieure à celle dudit tuyau. According to another characteristic of the invention, the end piece of the fluid supply pipe (A) has an internal section greater than that of said pipe.
Cette augmentation de la section du tuyau d'amenée du fluide (A) au niveau de l'extrémité de ce dernier, a pour avantage de permettre d'obtenir un meilleur rendement car elle conduit à une augmentation du phénomène dépressionnaire, et donc du débit d'aspiration dudit fluide (A). This increase in the cross-section of the fluid supply pipe (A) at the end of the latter, has the advantage of making it possible to obtain better efficiency because it leads to an increase in the low pressure phenomenon, and therefore in the flow suction of said fluid (A).
Selon une autre caractéristique de l'invention, le rapport section annulaire interne du passage du fluide (B) dans la conduite de circulation, au droit de l'embout du tuyau d'amenée du fluide (A), sur section interne de ladite conduite de circulation, est au moins de 58 %. Un tel rapport permet, en effet, d'utiliser le dispositif pour des fluides moteur chargés en particules en suspension de tailles relativement importantes, de l'ordre de 2,2 mm de dimension maximale. According to another characteristic of the invention, the internal annular section ratio of the passage of the fluid (B) in the circulation pipe, in line with the end of the fluid supply pipe (A), on the internal section of said pipe traffic, is at least 58%. Such a ratio makes it possible, in fact, to use the device for engine fluids loaded with particles in suspension of relatively large sizes, of the order of 2.2 mm in maximum dimension.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la conduite de circulation du fluide moteur présente longitudinalement une forme parabolique. De plus, cette conduite est préférentiellement orientée de façon que son rayon de courbure augmente selon le sens d'écoulement des fluides. According to another characteristic of the invention, the pipe for circulation of the working fluid has a parabolic shape longitudinally. In addition, this pipe is preferably oriented so that its radius of curvature increases according to the direction of flow of the fluids.
Selon une autre caractéristique de l'invention
la conduite de circulation du fluide moteur (B) s'étend entre une conduite principale d'alimentation et une conduite principale de distribution présentant des sections internes supérieures à celles de ladite conduite de circulation,
une conduite de dérivation de section inférieure à celles des conduites principales, s'étend entre lesdites conduites principales, en parallèle avec la conduite de circulation du fluide (B).According to another characteristic of the invention
the driving fluid circulation pipe (B) extends between a main supply pipe and a main distribution pipe having internal sections greater than those of said circulation pipe,
a branch pipe of section smaller than that of the main pipes, extends between said main pipes, in parallel with the fluid circulation pipe (B).
Cette conduite de dérivation permet d'obtenir un jet au niveau du débouché de cette conduite dans la conduite principale de distribution, lequel jet est dévié au débouché dans ladite conduite principale de la conduite de circulation du mélange fluide moteur/fluide (A). Or, cette déviation provoque, au droit du débouché du mélange fluide moteur/fluide (A), une dépression qui favorise l'écoulement de celui-ci, et amortit les ondes de choc et les courants de retour, permettant d'utiliser le dispositif pour injecter tout fluide dans des canalisations en charge, des canalisations ayant une contre-pression, des canalisations montantes même d'une hauteur supérieure à 6 ..... This bypass pipe makes it possible to obtain a jet at the outlet of this pipe in the main distribution pipe, which jet is deflected at the outlet in said main pipe of the pipe for circulating the working fluid / fluid mixture (A). However, this deviation causes, at the outlet of the motor fluid / fluid mixture (A), a vacuum which promotes the flow thereof, and dampens shock waves and return currents, allowing the device to be used. to inject any fluid into pipes under load, pipes with back pressure, rising pipes even from a height greater than 6 .....
Selon une autre caractéristique de l'invention, la conduite de circulation du fluide moteur (B) comporte un tronçon d'extrémité amont de raccordement sur la conduite principale d'alimentation présentant une forme conique de section décroissant selon le sens d'écoulement dudit fluide. Une telle réduction conique permet, en premier lieu, de favoriser l'écoulement du fluide à l'intérieur du tronçon amont de la conduite de circulation du fluide moteur, en conduisant à une diminution des pertes de charge, puis en second lieu, de diminuer progressivement la section de cette conduite jusqu'à obtention du diamètre adéquat. According to another characteristic of the invention, the pipe for circulation of the working fluid (B) comprises an upstream end section of connection on the main supply pipe having a conical shape of decreasing section according to the direction of flow of said fluid . Such a conical reduction makes it possible, firstly, to favor the flow of the fluid inside the upstream section of the pipe for circulating the working fluid, leading to a reduction in the pressure losses, then secondly, to decrease gradually the section of this pipe until the appropriate diameter is obtained.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité aval de la conduite de dérivation débouche dans la conduite de distribution sensiblement en amont du raccordement sur cette conduite de distribution de la conduite de circulation du fluide moteur (B). Ce décalage a pour but de faciliter la déviation du jet qui s'avère présenter une force moins importante qu'au débouché de la conduite de dérivation. According to another characteristic of the invention, the downstream end of the bypass pipe opens into the distribution pipe substantially upstream of the connection on this distribution pipe of the circulation pipe for the working fluid (B). The purpose of this offset is to facilitate the deflection of the jet, which turns out to have less force than at the outlet of the bypass pipe.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un deuxième tuyau d'amenée d'un fluide s'étendant concentriquement à l'intérieur de la conduite de circulation du fluide moteur (B), en aval de l'extrémité du premier tuyau d'amenée du fluide (A), et comportant une extrémité présentant la forme d'un embout creux longitudinal de diamètre externe supérieur à celui dudit tuyau, doté d'une face frontale arrière formant un épaulement à arête vive par rapport à ce deuxième tuyau d'amenée de fluide. According to another characteristic of the invention, the device comprises a second fluid supply pipe extending concentrically inside the circulation pipe of the working fluid (B), downstream from the end of the first fluid supply pipe (A), and having one end having the shape of a longitudinal hollow end piece with an external diameter greater than that of said pipe, provided with a rear front face forming a shoulder with a sharp edge relative to this second fluid supply pipe.
Cette disposition a pour avantage de permettre d'injecter dans le fluide moteur deux fluides différents, par exemple deux produits tels que de l'acide chlorhydrique et de l'eau de Javel, dont le mélange à l'état pur provoque une réaction. This arrangement has the advantage of allowing two different fluids to be injected into the working fluid, for example two products such as hydrochloric acid and bleach, the mixture of which in the pure state causes a reaction.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un tuyau s'étendant concentriquement à l'intérieur de la conduite de dérivation, sur une portion de la longueur de celle-ci, et comportant une extrémité présentant la forme d'un embout creux longitudinal de diamètre externe supérieur à celui dudit tuyau, doté d'une face frontale arrière formant un épaulement à arête vive par rapport à ce tuyau. According to another characteristic of the invention, the device comprises a pipe extending concentrically inside the bypass pipe, over a portion of the length thereof, and having an end having the shape of a nozzle longitudinal hollow with an external diameter greater than that of said pipe, provided with a rear front face forming a shoulder with a sharp edge with respect to this pipe.
Cet agencement permet d'obtenir un fonctionnement particulier du dispositif selon l'invention permettant des applications particulières. This arrangement makes it possible to obtain a particular operation of the device according to the invention allowing particular applications.
En effet, selon cette disposition, la pression Pc régnant au niveau de l'extrémité de l'embout disposé dans la conduite de dérivation est toujours inférieure à la pression P du fluide s 'écoulant dans la conduite principale d'alimentation. Lorsque la sortie du dispositif est en charge, cette pression Pc est en effet égale à la pression P diminuée de la dépression née dans le sillage tourbillonnaire par le décollement du fluide. De ce fait, lorsque le fluide moteur s'écoule dans le dispositif, il y a refoulement d'une partie de ce fluide dans le tuyau s'étendant concentriquement dans la conduite de dérivation, ce refoulement s'effectuant avec une pression égale à la pression Pc régnant au niveau de l'embout dudit tuyau. In fact, according to this arrangement, the pressure Pc prevailing at the end of the nozzle disposed in the bypass pipe is always lower than the pressure P of the fluid flowing in the main supply pipe. When the output of the device is under load, this pressure Pc is in fact equal to the pressure P minus the depression created in the vortex wake by the detachment of the fluid. Therefore, when the working fluid flows in the device, there is a backflow of a part of this fluid in the pipe extending concentrically in the bypass line, this backflow being effected with a pressure equal to the pressure Pc prevailing at the end of said pipe.
Tel qu'on le comprendra mieux plus loin, cette faculté de pouvoir faire varier la pression Pc dont la valeur est fonction du débit de fluide alimentant le dispositif peut être utilisée pour diverses applications telles que
- commande de moyens pneumatiques d'ouverture et de fermeture du circuit d'aspiration du fluide (A),
- générateur de vide lorsque le circuit d'aspiration du fluide (A) est relié à tout moyen d'utilisation du vide.As will be understood better below, this ability to be able to vary the pressure Pc, the value of which is a function of the flow rate of fluid supplying the device can be used for various applications such as
- control of pneumatic means for opening and closing the fluid suction circuit (A),
- vacuum generator when the fluid suction circuit (A) is connected to any means of using the vacuum.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatifs trois modes de réalisation préférentiels, ainsi que deux exemples d'application. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description
- la figure 1 est une coupe axiale par un plan longitudinal d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est une coupe axiale par un plan longitudinal d'une variante de ce premier mode de réalisation,
- la figure 3 est une coupe axiale par un plan longitudinal d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention incorporé dans une installation comportant une vanne pneumatique,
- la figure 4 est un graphique représentant la pression Pc en fonction du débit Q de fluide alimentant un dispositif selon le deuxième mode de réalisation,
- et la figure 5 est un schéma représentant un générateur de vide intégrant un dispositif selon le deuxième mode de réalisation.Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows, with reference to the appended drawings which show, by way of nonlimiting examples, three preferred embodiments, as well as two examples of application. On these drawings which form an integral part of the present description
FIG. 1 is an axial section through a longitudinal plane of a first embodiment of a device according to the invention,
FIG. 2 is an axial section through a longitudinal plane of a variant of this first embodiment,
FIG. 3 is an axial section through a longitudinal plane of a second embodiment of a device according to the invention incorporated in an installation comprising a pneumatic valve,
FIG. 4 is a graph representing the pressure Pc as a function of the flow rate Q of fluid supplying a device according to the second embodiment,
- And Figure 5 is a diagram showing a vacuum generator incorporating a device according to the second embodiment.
Le dispositif d'aspiration conforme à l'invention représenté à la figure 1 consiste en un dispositif d'injection d'un fluide à doser (A) dans un fluide moteur (B). The suction device according to the invention shown in Figure 1 consists of a device for injecting a metering fluid (A) into a working fluid (B).
Ce dispositif comprend, en particulier, une conduite principale d'alimentation 1 consistant en la branche principale rectiligne d'une jonction 2 en forme de
Y dont la branche secondaire 3 forme un angle de 450 par rapport à ladite branche principale.This device comprises, in particular, a main supply pipe 1 consisting of the straight main branch of a junction 2 in the form of
Y whose secondary branch 3 forms an angle of 450 relative to said main branch.
Il comprend, en second lieu, une conduite principale de distribution 4 consistant en la branche principale d'une jonction 5 en forme de T, dont la branche secondaire 6 est coplanaire avec la branche secondaire 3 de la première jonction 2 et est orientée dans la même direction que cette dernière. It comprises, secondly, a main distribution pipe 4 consisting of the main branch of a T-shaped junction 5, the secondary branch 6 of which is coplanar with the secondary branch 3 of the first junction 2 and is oriented in the same direction as the latter.
De plus, ces conduites d'alimentation 1 et de distribution 4 sont prolongées, respectivement en amont et en aval, d'un élément femelle 7, 8 d'un raccord classique du type vissable, permettant la mise en place du dispositif dans une installation de circulation d'un fluide. In addition, these supply and distribution lines 4 are extended, respectively upstream and downstream, of a female element 7, 8 of a conventional connector of the screwable type, allowing the installation of the device in an installation. circulation of a fluid.
La branche secondaire 3 de la première jonction 2 est, en outre, prolongée coaxialement par un manchon 9 formant une réduction conique, ce manchon 9 étant lui-même prolongé par un élément mâle 10 de raccord classique. The secondary branch 3 of the first junction 2 is further extended coaxially by a sleeve 9 forming a conical reduction, this sleeve 9 itself being extended by a male element 10 of conventional connection.
La branche secondaire 6 de la deuxième jonction 5 est, quant à elle, prolongée par un manchon 11 formant une réduction conique, le manchon 11 étant lui-même prolongé par un élément femelle 12 de raccord classique. The secondary branch 6 of the second junction 5 is, in turn, extended by a sleeve 11 forming a conical reduction, the sleeve 11 itself being extended by a female element 12 of conventional connection.
Les deux jonctions 2, 5 sont, en premier lieu, reliées entre-elles par une conduite 13 de forme courbe s 'étendant entre les branches secondaires 3,6 desdites jonctions, et dotée, en vue de son raccordement, respectivement en amont d'un élément femelle 10a de raccord, et en aval d'un élément mâle 12a de raccord, complémentaires de ceux 10, 12 desdites jonctions. The two junctions 2, 5 are, in the first place, interconnected by a pipe 13 of curved shape extending between the secondary branches 3,6 of said junctions, and provided, with a view to its connection, respectively upstream of a female connection element 10a, and downstream of a male connection element 12a, complementary to those 10, 12 of said junctions.
Cette conduite 13 présente préférentiellement une forme parabolique du type ax3 + bx2 + cx + d avec 0,003 < a < 0,01, - 0,7 < b < 0,1, 0,9 < c < 3, 4 < d < 7,5, et est orientée de façon que son rayon de courbure augmente selon le sens d'écoulement du fluide. This pipe 13 preferably has a parabolic form of the ax3 + bx2 + cx + d type with 0.003 <a <0.01, - 0.7 <b <0.1, 0.9 <c <3, 4 <d <7 , 5, and is oriented so that its radius of curvature increases according to the direction of flow of the fluid.
A l'intérieur de cette conduite 13, s'étend concentriquement un tuyau souple 14 d'amenée d'un fluide à injecter (A). Ce tuyau souple 14 pénètre dans la conduite 13 au droit d'un orifice rendu étanche, aménagé de façon que la portion initiale du tuyau 14 s'étendant dans la conduite 13 soit incliné d'un angle de l'ordre de 450 par rapport à l'axe de ladite conduite, en vue de perturber le moins possible l'écoulement du fluide à l'intérieur de cette dernière. Inside this pipe 13, concentrically extends a flexible pipe 14 for supplying a fluid to be injected (A). This flexible pipe 14 penetrates into the pipe 13 in line with a sealed opening, arranged so that the initial portion of the pipe 14 extending into the pipe 13 is inclined at an angle of the order of 450 relative to the axis of said pipe, with a view to disturbing the flow of the fluid inside the latter as little as possible.
Au niveau de son extrémité aval, le tuyau souple 14 comporte un embout creux 15 de forme cylindrique de sections interne et externe supérieures à celle de ce tuyau 14, formant un épaulement radial 16 à arête vive par rapport audit tuyau. At its downstream end, the flexible pipe 14 comprises a hollow end piece 15 of cylindrical shape with internal and external sections greater than that of this pipe 14, forming a radial shoulder 16 with a sharp edge relative to said pipe.
Tel que représenté à la figure 1, la longueur du tuyau souple 14 s'étendant à l'intérieur de la conduite 13 est, en outre, adaptée de façon que l'épaulement 16 de l'embout 15 soit axé sur l'axe (X) passant par le sommet de courbure de ladite conduite. As shown in FIG. 1, the length of the flexible pipe 14 extending inside the pipe 13 is moreover adapted so that the shoulder 16 of the end piece 15 is centered on the axis ( X) passing through the apex of curvature of said pipe.
Ce positionnement de l'embout 15 est adapté pour que l'arête vive de l'épaulement 16 soit positionnée au droit de la section de la conduite 13 où le gradient transversal de pression est maximal, favorisant donc de manière optimale le décollement du fluide circulant dans ladite conduite et la création du sillage dépressionnaire dans lequel baigne l'embout 15. This positioning of the nozzle 15 is adapted so that the sharp edge of the shoulder 16 is positioned in line with the section of the pipe 13 where the transverse pressure gradient is maximum, therefore optimally promoting the separation of the circulating fluid. in said conduct and the creation of the low pressure wake in which the nozzle 15 is bathed.
Les deux jonctions 2, 5 sont également reliées par une conduite rectiligne de dérivation 17 s'étendant entre les branches principales 1, 4 desdites jonctions et de diamètre inférieur à ces dernières. The two junctions 2, 5 are also connected by a rectilinear bypass pipe 17 extending between the main branches 1, 4 of said junctions and of diameter smaller than the latter.
Le raccordement de cette conduite de dérivation 17, respectivement au droit des extrémités aval et amont des branches principales 1,4 des jonctions 2, 5, est réalisé au moyen de manchons 18, 19 classiques. The connection of this bypass pipe 17, respectively to the right of the downstream and upstream ends of the main branches 1,4 of the junctions 2, 5, is carried out by means of conventional sleeves 18, 19.
De plus, cette conduite de dérivation 17 est dotée de moyens (V) de réglage, de tout type connu en soi, du débit de fluide s'écoulant dans cette dernière. In addition, this bypass line 17 is provided with means (V) for adjusting, of any type known per se, the flow of fluid flowing therein.
Cette conduite de dérivation 17 dont l'extrémité aval débouche dans la conduite principale de distribution 4 formant chambre de détente, permet de former un jet dans ladite chambre de détente, dont la déviation, au droit du débouché de la conduite 13, permet de créer une dépression qui favorise l'écoulement du prémélange et amortit les ondes de choc et les courants de retour. Cette particularité permet d'utiliser le dispositif dans des canalisations en charge. This bypass pipe 17, the downstream end of which opens into the main distribution pipe 4 forming an expansion chamber, makes it possible to form a jet in said expansion chamber, the deviation of which, in line with the outlet of the pipe 13, makes it possible to create a vacuum which promotes the flow of the premix and dampens shock waves and return currents. This feature allows the device to be used in loaded pipelines.
Afin d'optimiser le rendement d'un tel dispositif, les éléments le constituant présentent en outre les caractéristiques géométriques suivantes
le rapport longueur de l'embout 15 sur longueur du tuyau 14 d'amenée du fluide (A) s'étendant dans la conduite 13 de canalisation du fluide moteur (B) est compris entre 0,01 et 0,2,
le rapport épaisseur de l'épaulement 16 de l'embout 15 sur diamètre externe du tuyau 14 d'amenée du fluide (A) est compris entre 0,1 et 0,3,
le rapport diamètre interne de la conduite 13 de circulation du fluide moteur (B) sur rayon maximal de courbure de ladite conduite est compris entre 0,05 et 0,5,
le rapport section interne des conduites de circulation du fluide moteur (B) 13 et de dérivation 17 sur section interne des conduites principales 1, 4 est compris entre 0,3 et 0,7.In order to optimize the performance of such a device, the elements constituting it also have the following geometric characteristics
the ratio of the length of the nozzle 15 to the length of the pipe 14 for supplying the fluid (A) extending in the pipe 13 for channeling the working fluid (B) is between 0.01 and 0.2,
the thickness ratio of the shoulder 16 of the end piece 15 on the external diameter of the pipe 14 for supplying the fluid (A) is between 0.1 and 0.3,
the internal diameter of the pipe 13 for circulating the working fluid (B) to the maximum radius of curvature of said pipe is between 0.05 and 0.5,
the ratio of the internal section of the driving fluid circulation pipes (B) 13 and of the bypass 17 to the internal section of the main pipes 1, 4 is between 0.3 and 0.7.
Il est à noter, en outre, qu'un tel dispositif peut être entièrement réalisé à partir d'éléments du commerce en PVC, et donc présente un faible prix de revient du fait de sa fabrication aisée et du coût des éléments constitutifs. It should be noted, moreover, that such a device can be made entirely from commercial PVC elements, and therefore has a low cost price due to its easy manufacture and the cost of the constituent elements.
De plus, la conduite 13 peut être facilement démontée, d'où un entretien et une maintenance aisés. In addition, the pipe 13 can be easily disassembled, hence easy servicing and maintenance.
Le dispositif d'injection représenté à la figure 2 est similaire à celui décrit ci-dessus (à cet effet, les mêmes références désignent les mêmes éléments), mais comporte un deuxième tuyau souple 20 d'amenée d'un deuxième fluide à doser doté d'un embout 21 présentant un épaulement 22 à arête vive, et pénétrant dans la conduite 13 en aval de l'embout 15 du premier tuyau souple 14. The injection device shown in FIG. 2 is similar to that described above (for this purpose, the same references designate the same elements), but comprises a second flexible hose 20 for supplying a second metering fluid provided of a nozzle 21 having a shoulder 22 with a sharp edge, and penetrating into the pipe 13 downstream of the nozzle 15 of the first flexible pipe 14.
A cet effet, la longueur de ce premier tuyau souple 14 s'étendant dans la conduite 13 est réduite de façon que les deux embouts 15, 21 soient disposés dans des portions courbes de la conduite 13. Ainsi, les décollements du fluide véhiculé dans ladite conduite sont accélérés par des gradients transversaux de pression. To this end, the length of this first flexible pipe 14 extending in the pipe 13 is reduced so that the two end pieces 15, 21 are arranged in curved portions of the pipe 13. Thus, the detachments of the fluid conveyed in said driving are accelerated by transverse pressure gradients.
Les dispositifs ci-dessus décrits destinés à l'injection d'un ou de deux fluides dans une installation sont particulièrement adaptés pour être utilisés dans
- les stations de traitement des eaux potables pour l'injection des produits désinfectants, coagulants, floculants, etc.... The devices described above intended for injecting one or two fluids into an installation are particularly suitable for use in
- drinking water treatment stations for the injection of disinfectants, coagulants, flocculants, etc.
- les pompes à motricité humaine, réseaux, pompes solaires, éoliennes ou thermiques,
- le traitement d'eau de piscine,
- les usines de traitement des eaux résiduaires pour l'aération, le traitement d'odeur, la désinfection,
- l'industrie pour l'injection d'antitartre et anti-corrosion,
- la lutte pour les incendies par injection de retardant et moussant,
- les mécaniques et stations de lavage,
- l'agriculture et l'agro-alimentaire,
- le chauffage et le froid,
- la production de béton,
l'industrie pétrolière.- human-powered pumps, networks, solar, wind or thermal pumps,
- swimming pool water treatment,
- wastewater treatment plants for aeration, odor treatment, disinfection,
- the industry for anti-scale and anti-corrosion injection,
- the fight against fires by injecting retardant and foaming agent,
- mechanical and washing stations,
- agriculture and agro-food,
- heating and cold,
- concrete production,
the petroleum industry.
Le dispositif représenté à la figure 3 est quant à lui similaire dans la majorité de sa conception à celui décrit en référence à la figure 1 (à cet effet, les mêmes références désignent les mêmes éléments). The device shown in Figure 3 is similar in most of its design to that described with reference to Figure 1 (for this purpose, the same references denote the same elements).
Ce dispositif se différencie en premier lieu en ce que la conduite de dérivation 17 ne possède pas de moyen (V) de réglage du débit de fluide s'écoulant dans cette dernière. This device differs in the first place in that the bypass line 17 does not have means (V) for adjusting the flow rate of fluid flowing therein.
De plus, à l'intérieur de cette conduite de dérivation 17, et sur une portion de sa longueur, s'étend concentriquement un tuyau souple 24 similaire au tuyau souple 14, et possédant de même que ce dernier un embout creux 25 présentant un épaulement 26 à arête vive. In addition, inside this bypass pipe 17, and over a portion of its length, concentrically extends a flexible pipe 24 similar to flexible pipe 14, and having, like the latter, a hollow end piece 25 having a shoulder 26 with a sharp edge.
Cette conduite de dérivation est, en outre, dotée d'un raccord 27 de type classique, dont l'élément mâle est percé d'un orifice au travers duquel s'étend de façon étanche le tuyau souple 24. This bypass pipe is also provided with a connector 27 of the conventional type, the male element of which is pierced with an orifice through which the flexible pipe 24 extends in leaktight manner.
Ce raccord 27 permet de démonter la conduite de dérivation 17, une fois la conduite 13 ellemême démontée, de façon à permettre les opérations d'entretien et notamment le nettoyage de l'embout 25. This connector 27 makes it possible to dismantle the bypass pipe 17, once the pipe 13 itself has been dismantled, so as to allow maintenance operations and in particular the cleaning of the nozzle 25.
Selon l'application représentée à la figure 3, ce tuyau souple 24 est relié au circuit de commande d'une vanne pneumatique 23 d'ouverture du tuyau souple 14 associé à la conduite 13. Le fonctionnement de ce dispositif est explicité ci-dessous, notamment en référence à la figure 4. According to the application shown in FIG. 3, this flexible pipe 24 is connected to the control circuit of a pneumatic valve 23 for opening the flexible pipe 14 associated with the pipe 13. The operation of this device is explained below, in particular with reference to FIG. 4.
En premier lieu, selon cette disposition de l'invention, la pression Pc régnant à l'extrémité de l'embout 25 est toujours inférieure à la pression P d'écoulement du fluide à traiter en entrée du dispositif. Firstly, according to this arrangement of the invention, the pressure Pc prevailing at the end of the nozzle 25 is always lower than the pressure P of flow of the fluid to be treated at the inlet of the device.
Cette pression Pc est en effet égale à la pression P diminuée de la dépression créée dans le sillage tourbillonnaire par le décollement du fluide, et ce lorsque la sortie du dispositif est en charge.This pressure Pc is in fact equal to the pressure P minus the depression created in the vortex wake by the detachment of the fluid, and this when the output of the device is under load.
Lorsque le fluide moteur (fluide à traiter) s'écoule dans le dispositif, il y a refoulement d'une partie de ce fluide dans le tuyau souple 24 vers le circuit de commande de la vanne pneumatique 23, lequel refoulement s'effectue à une pression égale à la pression Pc régnant à l'extrémité de l'embout 25. When the working fluid (fluid to be treated) flows into the device, a part of this fluid is discharged into the flexible pipe 24 towards the control circuit of the pneumatic valve 23, which discharge takes place at a pressure equal to the pressure Pc prevailing at the end of the nozzle 25.
Pour de faibles débits et à une pression P du fluide en entrée du dispositif inférieure à la pression seuil Po d'ouverture de la vanne pneumatique 23, le tuyau souple 14 véhiculant le fluide à doser est obturé (voir figure 4). For low flow rates and at a pressure P of the fluid entering the device lower than the threshold pressure Po for opening the pneumatic valve 23, the flexible pipe 14 conveying the fluid to be metered is closed off (see FIG. 4).
Lorsque le débit Q augmente, la pression P du fluide en entrée du dispositif et la dépression dans le sillage de l'embout 25 augmentent également. Cependant, l'augmentation de la dépression dans le sillage de l'embout 25 reste inférieure à celle de la pression d'écoulement du fluide, et par conséquent, la pression Pc (qui est égale à la pression P diminuée de la dépression) augmente. When the flow rate Q increases, the pressure P of the fluid entering the device and the vacuum in the wake of the nozzle 25 also increase. However, the increase in the vacuum in the wake of the nozzle 25 remains less than that of the fluid flow pressure, and therefore, the pressure Pc (which is equal to the pressure P minus the vacuum) increases .
A partir d'une certaine valeur QL1 du débit
Q, la pression Pc devient supérieure à la pression seuil
Po d'ouverture de la vanne pneumatique 23. Il y a alors ouverture du tuyau souple 14 d'aspiration du fluide à doser.From a certain QL1 value of the flow
Q, the pressure Pc becomes higher than the threshold pressure
Po for opening the pneumatic valve 23. There is then opening of the flexible pipe 14 for suction of the fluid to be dosed.
Pour une valeur QL2 de Q, l'augmentation de
P est compensée par celle de la dépression. A partir de cette valeur QL2 du débit Q, 1 augmentation de la dépression devient supérieure à celle de la pression P, d'où une diminution de Pc. Pour une valeur de Q supérieur à QL3r la pression Pc devient inférieure à la pression seuil
Po d'où la fermeture de la vanne 23
Ainsi, ce dispositif permet d'obtenir une double régulation de l'ouverture et de la fermeture de la vanne pneumatique 23, fonction du débit Q s'écoulant dans la conduite principale d'alimentation 1.For a QL2 value of Q, the increase in
P is compensated by that of depression. From this value QL2 of the flow Q, an increase in the vacuum becomes greater than that of the pressure P, hence a decrease in Pc. For a value of Q greater than QL3r the pressure Pc becomes less than the threshold pressure
Po where the valve 23 closes
Thus, this device makes it possible to obtain double regulation of the opening and closing of the pneumatic valve 23, a function of the flow rate Q flowing in the main supply line 1.
Selon une autre application représentée à la figure 5, le dispositif D représenté à la According to another application represented in FIG. 5, the device D represented in the
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20151030 |