Brevet FR2226205A1 — publié le 19741115

lies réacteurs de polymérisation et autres réacteurs, les pots mélangeurs, etc., utilisés dans l'industrie chimique et également dans d'autres inaustries, comportent gérleralement un agitateur monté approximativement à l'extrémité inférieure d'un arbre rotatif et comportant des pales pour agiter le liquide que le mélangeur contient.Cependant, le fonctionnement de l'agitateur produit des vibrations qui dépendent de la forme et des dimensions du mélangeur, de l'appareillage associé à ce dernier et du liquide qutil contient. lie mouvement des pales dans le fluide produit notamment des courants tourbillonnaires qui engendrent des forces hyarauliques qui elles-memes créent des forces extérieures et périodiques faisant apparaître des vibrations complexes et entretenues. Ces vibrations, transmises à la totalité du mélangeur, détériorent les raccords, appliquent au joint et au palier de 11 arbre des surcharges qui en raccourcissent la vie ou les détériorent, et font apparaitre des défauts dans les revêtements protecteurs de l'arbre de l'agitateur, etc. Pour réduire les vibrations de l'arbre de l'agitateur, il est classique de monter ce dernier de manière qutil ne soit pas suspendu, mais qutil porte par son extrémité inférieure sur un palier du fond de 11 agitateur, comme décrit dans le brevet Japonais NO 10 742/1960. Cependant, pour éviter l'introduction, dans ce palier, dtun liquide corrosif et d'une matière abrasive en suspension que le mélangeur peut contenir, la conception de ce palier est complexe et ses possibilités de-mise en place dépendent de sa position par rapport à l'orifice de sortie situé dans la partie inférieure du mélangeur.Il est également classique, pour remplacer le palier inférieur mentionné ci-dessus, d'utiliser un stabilisateur cylindrique monté à l'extrémité inférieure et libre de l'arbre de l'agitateur, à proximito du fond du mélangeur. Cependant, la protection contre les vibrations apportées par un tel dispositif est insuffisante et ne donne pas de résultat satisfaisant. L'invention concerne un arbre d'agitateur à pales qui comporte, sur un tronçon intermédiaire- plongé dans le liquide que le mélangeur contient, un stabilisateur à ailettes dont l'enver- gure et le diamètre sont approximativement égaux à un cinquième ou plus de ceux de l'agitateur à pales, de manière que la production de vibrations d'aeplitude excessive soit limitée. Llinvention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels les figures 1 et 2 sont des coupes axiales et schématiques de dispositifs de protection contre les vibrations d'arbres d'agitateurs selon l'art antérieur la figure 3A est une coupe longitudinale de l'arbre d'agitateur à pales selon l'invention la figure 33 est une vue en bout du stabilisateur monté sur l'arbre de l'agitateur la figure 4A est une élévation schématique d'une varian- te de l'arbre d'agitateur à pales selon l'invention ; la figure 43 est une vue en bout de l'arbre représenté sur la figure 4A ;; la figure 5A est une élévation schématique drune autre variante de l'arbre de l'agitateur à pales selon l'invention la figure 53 est une vue en bout d'une forme de l'arbre représenté sur la figure 5A la figure 5C est une vue en bout d'une autre forme de l'arbore représenté sur la figure SA ;; la figure 5D est une vue en bout d'une autre forme de l'arbre représenté sur la figure 5A et comportant quatre ailettes de stabilisation et trois pales la figure 6A est une élévation schématique d'une variante de l'arbre de l'agitateur à pales selon l'invention la figure 63 est une vue en bout de l'arbre représenté sur la figure 6A la figure 7A est une coupe axiale d'un appareil d'essai la figure 73 est une coupe transversale du stabilisateur de l'appareil représenté sur la figure 7A ; et la figure 8 est une représentation graphique des résultats obtenus à l'aide de l'appareil représenté sur les figures 7A et 73. La figure 3 représente une forme de réalisation selon l'invention dans laquelle un arbre 2 d'agitateur tourne sur un axe central et vertical d'un mélangeur 1. Cet arbre supporte, à son extrémité inférieure, des pales 3 délimitant un diamètre (d). De plus, le tronçon de cet arbre, plongé dans le liquide, supporte un stabilisateur 4 comprenant quatre ailettes planes. Il est important que les ailettes cpnstituant le stabilisateur 4 présentent une faible envergure (W) et une dimension axiale (H) relativement importante. Ce stabilisateur 4 est plongé dans une partie du liquide tournant à une vitesse angulaire égale à la vitesse de rotation de l'arbre de l'agitateur dans la partie centrale du liquide. Par conséquent, le stabilisateur tourne avec la partie rotative du liquide et ne consomme que très peu de la puissance communiquée à l'agitateur. Ce stabilisateur ntassume donc pas la fonction .d'agitateur. Un tel procédé de limitation des vibrations est satisfaisant, comme décrit ci-après, car le volume de liquide déplacé est important et, par conséquent, le volume de liquide soumis à des turbulences est moindre. le stabilisateur 4 représenté sur les figures 3A et 33 comporte des ailettes qui dépassent radialement et qui sont orientées dans deux direction perpendiculaires pour limiter de mari ère uniforme les vibrations de arbre de l'agitateur, quelle que soit la direction de ces vibrations. Par contre, comme représenté sur les figures tA et 43, les vibrations principales produites par la pale 3' de lragitateur, en forme de pagaie, ont une certaine direction hydraulique et sont orientées vers la face de la pale. Pour limiter ces vibrations, le stabilisateur 4' comporte deux ailettes planes orientées perpendiculairement à la pale 3'. lies stabilisateurs 4" et 4"' conviennent pour limiter les vibrations des agitateurs représentés sur les figures 5A et SA. l'agitateur représenté sur la figure 5A comporte une pale 3" en forme d'ancre, dont la partie extérieure et circonférentielle est délimitée par une plaque plane, une plaque cylindrique ou une plaque en forme de cylindre allongé et comportant un tronçon replié comme représenté sur la figure 5A. L'agitateur représenté sur la figure 6A est une variante de celui-représenté sur la figure SA et comporte une pale 3'''. La figure 8 représente les résultats expérimentaux obtenus pour l'éliminatidn des vibrations à l'aide du stabilisateur 4" monté perpendiculairement à la pale 3" en forme d'ancre (figure 5A) dans un mélangeur pouvant contenir 3000 litres de liquide et dont les dimensions sont portées sur la figure 7A. lia figure 8 représente l'amortissement des vibrations obtenu lorsque le rapport w/d entre l'envergure (w) du stabilisateur et le diamètre (d) de la pale est égal à 0,25 en tenant compte de la dimension du corps de rotation obtenu. lie rapport H/d entre la hauteur (H) du stabilisateur et le diamètre (d) de la pale pClt être égal à 0,15 ; 0,23 et 0,31. A chacune de ces valeurs correspond une courbe sur la figure 8. Cette dernière porte, en abscisses, la vitesse de rotation de la pale et, en ordonnées, l'amplitude des vibrations.La courbe I, pour laquelle le stabilisateur ntest pas utilisé, montre une grande amplitude, alors que la courbeIImontre une 2ointe d'amplitude, puis ltamortissement des vibrations est ensuite efficace. lie stabilisateur auquel correspond cette courbe présente un rapport W/d égal à 0,25 et un rapport.H/d égal à 0,15. Cependant, la figure 8 montre que l'amortissement des vibrations est insuffisant lorsque la surface du stabilisateur est faible.Par ailleurs, la courbe III, pour laquelle le stabilisatur pressente un rapport W/d égal à 0,25 et un rapport H/d égal à 0,23, montre que la pointe d'amplitude se produit pour la même valeur de la vitesse de rotation- que dans le cas précédent et que l'amplitude des vibrations reste dans des limites acceptables. lie stabilisateur utilisé pour la courbe IV présente une surface supérieure à celle des stabilisateurs précédents et présente un rapport w/d égal à C,25 et un rapport H/d égal à 0,31. Cette courbe IV est approximativement voisine de la courbe III. Par conséquent, le stabilisateur selon l'invention presente un rapport W/d égare à 0,2 ou plus suivant la dimension du corps de rotation, et un rapport H/d égal à 0,2 ou plus, dé pendant de la surface que ce stabilisateur doit présenter. Il est avantageux que le rapport W/d soit égal à 0,25, de même que le rapport E/d. Il est également avantageux de faire varier ces rapports pour leur donner les valeurs optimales correspondant au mélangeur et au liquide que ce dernier contient. Il va de soi que de nombreuses modification peuvent autre apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. RE!NDICATI0NS 1. Arbre d'agitateur à pales conçu pour l'amortissement des vibrations, caractérisé en ce qu'il supporte un stabilisateur à ailettes monté sensiblement au milieu du tronçon de l'arbre plongé dans le liquide d'un pot mélangeur. 2. Arbre d'agitateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'envergure et la hauteur du stabilisateur sont égales approximativement à un cinquième ou plus de l'en- vergure des pales de l'agitateur.