Brevet FR2142080A1 — publié le 19730126

la présente invention concerne une centrifugeuse destinée à séparer des particules solides des fluides, mais pouvant également servir à séparer des liquides des gaz ainsi que des liquides non miscibles de densités différentes. Elle a pour objet de réaliser une centrifugeuse de construction simple et peu conteuse, et de fonctionnement efficace. Ia centrifugeuse selon l'invention comprend un déflecteur placé, coaxialement mais à intervalle, à l'intérieur dgun carter possédant un orifice d'entrée axiale du cEté d'une des fa- ces du déflecteur et un orifice de sortie axial de l'autre celé, le carter et le déflecteur définissant ainsi un passage à l'entour du déflecteur entre les orifices d'entrée et de sortie, et une série d'ailettes s'étendant entre le carter et le déflecteur, au moins du ctté sortie, et au centre vers la périphérie du déflecteur, les ailettes étant fixées au carter et/ou au déflecteur, les organes auxquels sont fixées les ailettes étant montées rotatifs0 D'autres caractéristiques de l'invention prévoient que le déflecteur sera un disque essentiellement plan, que le carter sera d'une seule pièce avec les ailettes, qu'il y aura des ailettes sur chaque face du disque, les ailettes placées sur une face pouvant avoir une longueur différente de celle des ailettes placées sur l'autre face, que le carter sera monté rotatif dans un caisson, et que ce caisson sera pourvu, à sa périphérie, d'un orifice de sortie menant à un réservoir situé dans ledit caisson. D'autres caractéristiques de l'invention prévoient qutun rotor supplémentaire sera disposé à entrée ou à la sortie du carter, que ce rotor sera équipé d'un déflecteur réglable pour régler l'écoulement de fluide qui le traverse, que la longueur des ailettes sera réglable, que le carter sera équipé daubes de guidage d'entrée et de sortie, et que l'étanchéité entre 10 entrée et la sortie du carter et le caisson sera assurée par des joints hydrauliques comprenant un canal de rétention formé dans le carter et dans lequel du liquide en activité sera retenu par la force centrifuge de façon qu'unie bride ou rebord, jainte étanchement au caisson et s'étendant dans le canal de rétention soit située au moins partiellement, en dessous du niveau du liquide dans ledit canal de rétention. D'autres caractéristiques de l'invention prévoient que l'orifice de sortie du carter sera un passage périphérique dont la direction de sortie sera dirigée vers l5axe du carter, de façon à maintenir du liquide en activité dans le passage par la force centrifuge pour former un joint étanche, mais à permettre à du liquide en excès de franchir le passage, et que le carter sera fixe par rapport à 11 organe en forme de disque et aux ailettes0 Dtautres caractéristiques apparattront encore dans la description qui suit, de huit modes de réalisation de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples, et dans lesquels - les figures 1 à 8 sont des coupes axiales verticales de divers modes de réalisation de la centrifugeuse selon l'invention ; et - les figures 9 et 10 sont des vues de détail de certaines parties d'une centrifugeuse selon l'invention. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la centrifugeuse comprend un disque rotatif 1 monté sur un arbre vertical 2 et portant des ailettes verticales 3 sur ses deux faces0 Ces ailettes s'étendent radialement par rapport au disque et se prolongent de façon à entourer la périphérie du disque comme indiqué en 4. Un carter est fixé aux bords libres des ailettes de façon à former une série de passages complètement clos allant du centre du disque à sa périphérie puis revenant au centre de l'autre cEté du disque0 la hauteur des ailettes est maximale au centre du disque et diminue en s'éloignant du centre. Le carter est pourvu d'un orifice d'entrée 7 en son centre, coaxial à l'arbre, et d'un orifice de sortie 8 symétrique au premier, de l'autre côté du disque. Quand l'appareil fonctionne, le fluide pénètre dans l'entrée 7 dgoù il s'écoule radialement vers la périphérie du disque puis revient vers la sortie 8 du carter. On voit que, du fait de la vitesse de rotation du disque, les particules d'une densité supérieure à un certain minimum se déposeront à l'intérieur de la périphérie du carter et le fluide en sera purifié en traversant la centrifugeuse0 Cette dernière sera rincée périodiquement avec un liquide pour évacuer lesdites particules accumulées0 On voit, en outre, qu'unie différence de pression devra entre appliquée entre les deux orifices de la centrifugeuse pour y faire circuler le fluide. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, la disposition est identique à celle de la figure 1, sauf que les ailettes 9 ne s'étendent pas sur la totalité de la périphérie du disque et que les ailettes du c8té entrée 10 sont plus longues que celles du c8té sortie 11 du disque, Ceci peut être réalisé sirlpleluent en donnant aux extréLités extérieures des ailettes la forme d'un bord incliné 12, comme le représente la figure 2. Dans ce iode de réalisation, quand la centrifugeuse fonctionne, il est inutile d'avoir une différence de pression entre les orifices de la centrifugeuse car celle-ci agit corme une pompe forçant le fluide à la traverser. Dans le mode de réalisation représenté à la figure ), la centrifugeuse est enfermée dans un caisson 13 et le carter est pourvu d'un orifice de sortie périphérique 14 conduisant à un réservoir 15 enclos dans le caisson et placé sous le carter.Ce réservoir est placé de façon que les particules de rntière, maintenues à la périphérie externe du carter par la force centrifuge, tomberont dans le réservoir et pourront en entre extraites périodiquement par un orifice de vidange 16. Dans ce mode de réalisation également, l'entrée 17 et la sortie 1 seront réunies au caisson par un Joint étanche 1C et le caisson sera en général fixe par rapport au carter. Le node de réalisation représenté à la fi ure 4 est seu- blable à celui de la figure 9 sauf que les extrémités des ailettes 20 sont équipées de secteurs réglables 21 perreT;tant de faire varier la longueur effective d'une ailette par rapport à l'ailette correspondante sur l'autre face du disque et dtoo- tenir ainsi diverses puissances de déplacement. quand ces sec- teurs occupent une position intermédiaire, la puissance de déplacement est nulle De plus, pour augmenter le render.ent de la centrifugeuse, du liquide, de préférence sous forme de vapeur ou de brouillard, peut être introduit par l'entrée et/ou par la sortie de façon à imprégner les particules solides et, Dar conséquent à les alourdir légèrement. Mais un courant de liquide peut entre introduit dans le simple but d'éliminer les particules qui pourraient s'accumuler sans cela.De tels liquides, sous une quel- conque des formes décrites, peuvent entre utilisés avec ntimpor- te lequel des modes de réalisation comportant un orifice de sortie périphérique. Dans le mode de réalisation de la figure 5, la hauteur des ailettes est constante du centre au bord du disque puis elle diminue rapidement. les ailettes 22, sur la face entrée du disque sont plus longues que les ailettes 23 sur sa face sortie du fait que le diamètre de la sortie 24 du carter 25 est plus grand que celui de l'entrée 26. Dans ce mode de réalisation de 11 invention, le carter 25 est pourvu d'un orifice de sortie périphérique 27 comprenant un passage présentant une incurvation de 1800, de sorte que la sortie définitive est dirigée vers l2axe du carter. Le liquide est donc maintenu dans le passage par la force centrifuge pour former un joint hydraulique que du liquide en excédent peut franchir sous l'action de la force centrifuge.Cette disposition est représentée à la figure ) dans laquelle le carter est ouvert en 28, la partie de carter du côté sortie étant pourvue dtun rebord transversal 29 parallèle au plan du disque. La partie de carter du côté entrée est pourvue d'un rebord 30, de section transversale sem-circulaire, recouvrant le rebord transversal 29 et se ter nwinant à proximité de la partie sortie du carter.Par conséquent, quand le carter tourne, une quantité suffisante de liquide peut y pénétrer Sous l'action de la force centrifuge, le liquide sera maintenu dans le rebord semi-circulaire 30 et formera un joint empochant le liquide traversant le carter de sgéchapperO lie rebord semi-circulaire pourra encore entre conformé de façon à pouvoir retenir le liquide quand le carter ne tournera pasO quand la quantité de liquide introduit dans le carter augmente pour faciliter la séparation des particules solides ainsi mulon lXa décrit plus haut, le rebord semi-circulaire dév bordera à son bord libre et éliminera ainii les particules séparées de l'intérieur de la périphérie du carter. Dans le node de réalisation de l'invention représenté à la figure 6, la disposition est identique à celle de la figure 5, sauf que les ailettes 31 sont d'égale longueur du cOté en trée et du cOté sortie et que des ailettes de guidage 52 sont placées à l'entrée et à la sortie du carter 3, De plus, l'ar- bre 35 ss'étend de part et d'autre du disque. Les ailettes de guidage 32 pourront entre des tubes creux à extrémités évasées 34. Les tubes sont montés coaxialement à l'arbre 35 et fixés aux ailettes 31 par soudage des extrémités évasées 34 les plus rapprochées du disque à la périphérie interne des ailettes 31. Quand l'appareil fonctionne, le rdle des ailettes de guidage est de répartir le fluide plus régulièrement lors de sa pénétration et de sa sortie du carter 33. la sortie périphérique 36 du carter 33 représentée à la figure 9b diffère également de celle représentée à la figure 5. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le carter 33 est ouvert en 37 et chaque partie de carter, tant du cOté entrée que du cEté sortie, est pourvue d'un rebord transversal 38. Ces rebords sont parallèles entre eux et avec le plan du disque. Un anneau de section semi-circulaire 39 entoure le carter de façon à envelopper les rebords transversaux 38. Cet anneau ne touche pas le carter mais lui est fixé en divers points es payés. En fonctionnement, la sortie 36 fonctionne comme la sortie 27 de la figure 5, décrite plus haut, sauf qu'ici le liquide peut déborder par les deux bords de anneau 39. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 7, la disposition est semblable à celle de la figure 5 sauf que les ailettes sont de meme longueur des cOtés entrée et sortie et que l'arbre 40 s'étend des deux cOtés du disque. De plus, un rotor à écoulement radial 41 est monté sur l'arbre près de la sortie 42. Le rotor 41 engendre la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la centrifugeuse. Un déflecteur réglable 43 peut entre monté sur le cassis du rotor pour régler l'écoulement qui le traverse.Le rotor peut également entre monté du ctté entrée de la centrifugeuse ; il peut également entre à écoulement axial ou à écoulement mixte Pans le mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 8, le carter 44 est placé dans un caisson 45. la périphérie du carter est ouverte pour permettre l'échappement des particules et le caisson peut comporter une sortie periphé rique appropriée (non représentée) pour l'évacuation périodique de ces particules.Dans ce n ode de réalisation, l1étancÀéité entre le carter, l'entrée axiale 46, la sortie axiale 4 et le caisson est assurée par des Joints hydrauliques 4c identiques à ceux décrits dans la Demande de brevet Sud-Africain déposée au méme nom le 17 P 1972 sous le NO 72/3354 et sous le titre 11Perfectionnements aux Joints à Grande Vitesse. Dans le cas prés ent, un canal de rétention de liquide 49, faisant partie de l'entrée 46 du carter, est ménagé du côté de ce dernier éloigné du disque 50.Le canal de rétention 49 comporte une base, ou fond, 51 placée à angle droit avec la surface principale du carter, à distance du bord 52 de entrée 46, et une bride circulaire 53 placée à ltextrémité de la base 51 éloignée du carter et à angle droit avec celle-ci. La largeur de la bride circulaire 53 est telle que le diamètre intérieur circonscrit par la bride est égal au diamètre de l'entrée 469 Un canal de rétention semblable est placé près de la sortie 47 du carter0 près de l'entrée 46, le caisson est muni d'un tube 54 pénétrant à l'intérieur.La longueur de ce tube 54 est telle qu'une bride transversale 55, placée à son extrémité inférieure, se trouve sensiblement au centre du canal de rétention 49o la bride 55 est disposée dans le canal 49 mais à distance de la base 51 de celui-cl, Le caisson comporte une disposition similaire près de la sortie 47 du carter. En fonctionnement, quand le carter 44 tourne, une quantité suffisante de liquide pénètre dans les canaux de rétention 49 du fait de la force centrifuge, le liquide est retenu dans les canaux 49 et un joint efficace est réalisé du fait que les bords libres des brides 55--sont--placés en des sous --e-la surface du liquide dans les canaux. les canaux pourront encore étre conformés de façon à retenir le liquide dans leur enceinte quand le carter ne tourne pas, Quand 1t ensemble se met à tourner, le liquide gagnera la position nécessaire à la réalisation du joint du fait de la force centrifuge0 Selon la densité du liquide utilisé dans les joints, des fluides de densités différentes pourront donc traverser la centrifugeuse sans fuit par les joints Plusieurs autres modes de réalisation de l'invention sont possibles sans s'écarter de son domaine propre, il est entendu que les circuits formés par les ailettes dans le carter peuvent etre radiaux, incurvés ou inclinés sur la direction ra diaule, Il découle clairement de ce qui précède que la présente invention permet de réaliser une centrifugeuse simple mais efficace pouvant dtre fabriquée à peu de frais. R E V E N P I C A T I O N 1.- Centrifugeuse comprenant un déflecteur placé, coaxial lement mais à intervalle, à l'intérieur d'un carter possédant un orifice d'entrée axial du cOté d'une des faces du déflecteur et un orifice de sortie axial de l'autre côté, le carter et le déflecteur définissant ainsi un passage à l'entour du déflecteur entre les orifices d'entrée et de sortie, et une série d'ailettes s'étendant entre le carter et le déflecteur, au moins du ctté sortie et du centre vers la périphérie du déflecteur, les ailettes étant fixées au carter et/ou au déflecteur, et les organes auxquels sont fixées les ailettes étant montés rotatifs. 2.- Centrifugeuse selon la revendication 1, dans laquelle ledit déflecteur est constitué par un disque essentiellerent plan. .- Centrifugeuse selon une des revendications 1 ou 2, dans laquelle le carter est fixé aux ailettes, celles-ci étant fixées au déflecteur. 40 Centrifugeuse selon une des revendications 1, 2 ou 3, dans laquelle des ailettes sont disposées sur les deux faces du déflecteur. 5.- Centrifugeuse selon la revendication 4, dans laquelle la longueur des ailettes situées sur une des faces du déflecteur est différente de celle des ailettes situées sur l'autre face. 6.- Centrifugeuse selon une des revendications 1, 2, , 4 ou 5, dans laquelle la longueur des ailettes est réglable. r?.- Centrifugeuse selon une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, dans laquelle des aubes de guidage sont disposées à l'orifice axial d'entrée et/ou à l'orifice axial de sortie du carter. 0- Centrifugeuse selon une des revendications 1, 2, 5, 4, 5, 6 ou 7, dans laquelle le carter comporte un orifice périphé rique de sortie comprenant un passage dont l'orifice est dirigé verb l'axe du carter de façon à maintenir du liquide en activité dans ledit passage par la force centrifuge pour constituer un joint hydraulique mais à permettre à du liquide excé dentaire de franchir ledit passage. C). Centrifugeuse selon une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, dans laquelle le carter est monté rotatif dans un caisson et pourvu d'un orifice de sortie périphérique conduisant à un réservoir situé dans ledit caisson0 100- Centrifugeuse selon une des revendications 8 ou 9, dans laquelle des organes sont prévus pour injecter du liquide, de préférence sous forme de vapeur ou de brouillard, dans l'ori- fice d'entrée et/ou dans l'orifice de sortie du carter pendant le fonctionnement0 110- Centrifugeuse selon la revendication 9, dans laquelle l'étanchéité entre les orifices d'entrée et de sortie du carter et le caisson est assurée par des joints hydrauliques comprenant chacun un canal de rétention formé dans le carter et dans lequel du liquide actif sera retenu par la force centrifuge de façon quSune bride jointe étanchément au caisson et étendant dans le canal de rétention soit située, au moins partiellement, en des sous du niveau du liquide dans ledit canal de rétention. 12o Centrifugeuse selon une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, dans laquelle il est prévu un rotor supplémentaire adjacent à l'orifice entrée ou de sortie axial du carter 13- Centrifugeuse selon la revendication 12, dans laquelle ledit rotor sup.plémentaire est équipé d'un déflecteur réglable pour régler l'écoulement de fluide qui le traverse,