Brevet FR2452323A1 — publié le 19801024

L'invention concerne des perfectionnements apportés aux centrifugeuses à extraction continue, notamment les centrifugeuses aptes ê séparer les constituants d'un mélange pouvant comprendre une phase sédimentaire dite solide, et au moins deux phases liquides de densités différentes. n convient, avant d'aborder les dispositions de l'invention, de rappeler les difficultés rencontrées à l'occasion de la mise en exploitation des centrifugeuses connues, du genre à deux chambres coaxiales ,délimitées d'une part par un bol, et d'autre part par un rotor à convoyeur à l'intérieur du bol, le bol et le rotor étant entraînés en rotation à vitesses différentielles. C'est le cas par exemple des clarificateurs centrifuges "Westfalia", "Robatel", etc... Les centrifugeuses du genre en question sont le plus souvent composées d'un bol de petit diamètre monté en porte-a-faux en bout d'un arbre moteur et tournant à haute vitesses le plus souvent à plusieurs milliers de tours par minute. la fiabilité de telles machine est souvent mise en cause en raison des contraintes auxquelles elles sont soumises, la moindre usure se traduisant par un déséquilibre du bol et engendre des trains de vibrations nuisibles à la longévité de ces machines. On connais également, par la demande de brevet Frange nO 79.04748, un appareil séparateur centrifuge du genre à deux chambres coaxiales délimitées par une enceinte tournante et un rotor à convoyeur à l'intérieur de cette enceinte, cette enceinte et ce rotor formant deux dispositifs centrifugeurs distincts, également entraidés en rotation à des vitesses angulaires différentes. Cet appareil se caractérise par un certain nombre de dispositions et notamment un rotor à pales inclinées, par rapport aux directions radiales, un élément racleur de la paroi de l'enceinte périphérique1 un joint labyrinthe entre la cloison qui sépare les deux chambres et un anneau central continu du convoyeur. D'autres dispositions sont encore prévues dans le domaine des prises de sédiments, des prises de phase lourde, des prises de phases légères, des prises de phase mucilagineuse. Toutes ces dispositions, utiles au niveau de la pureté de chaque phase d'un mélange, sont toutefois difficiles à mettre en oeuvre, car jusqu'à ce jour, on ne possède que l'expérience acquise sur des centrifugeuses de petits diamètres tournant à grande vitesse, par exemple de l'ordre de 3 000 T/mn et dont on connaît par ailleurs les principaux défauts, et notamment la puissance nécessaire à cet entrainement, qui est de l'ordre de 50 CV pour l'exemple choisi. A cette importante dépense d'énergie s'ajoute d'autres problèmes, tels que celui de l'architecture de l'enceinte périphérique. Dans les dispositions connues, à axe de rotation vertical, l'enceinte se compose d'une paroi cylindrique prolongée par une paroi tronconique. La partie de fond est solidaire d'un moyeu tronconique qui s'étend de cette partie de fond jusqu'au voisinage de la partie supérieure de la paroi périphérique cylindrique de l'enceinte. A son extrémité supérieure, le moyeu tronconique est solidarisé à un flasque d'entraSnement en rotation qui reçoit son mouvement d'un arbre coaxial à l'arbre d'entrahement du rotor à convoyeur. De la même manière, le rotor à convoyeur est entraidé au niveau de sa mi-hauteur. L'enceinte et le convoyeur, hormis le plan qui passe par leur flasque d'entrainement respectif travaillent; pour les extrémités éloignées de ce plan, avec un porte-à-faux important. Or g le mélange à séparer n'est pas toujours rigoureusement réparti sur les parois de l'enceinte et du rotor ce qui provoquer les usures et les vibrations déjà indiquées. Ce problème de tenue mécanique s'aggrave à mesure que l'on s'oriente, notamment pour des raisons d'économie, vers un abaissement des vitesses de rotation, qui doit s'accompagner, bien entendu, d'un accroissement de diamètre de l'enceinte périphérique et du rotor. Toutefois, cette orientation vers une nouvelle génération de centrifugeuses basse vitesse/grand diamètre, est hautement souhaitable pour sortir des réalisations actuelles très difficiles à fabriquer en raison de la haute précision des usinages, le coflt des moyens d'entrainement, une tenue dans le temps relativement faible. La présente invention a en conséquence pour but des perfectionnements aux centrifugeuses connues, haute vitesse/petit diamètre, pour donner lieu à une nouvelle génération de centrifugeuses basse vitesse/grand diamètre, plus faciles à construire, réclamant moins de précision et présentant une plus grande rusticité tout en consommant moins d'énergie et présentant de plus une longévité accrue. Un autre but de l'invention en combinaison avec les buts précédents, est de fournir une architecture d'enceinte périphérique et de rotor qui élimine les phénomènes vibratoires et d'usure dus essentiellement aux montages connus, dits en porte-a-faux. Un autre but de l'invention est de maintenir rigoureusement constante la différence de vitesse angulaire, entre l'enceinte périphérique et le rotor, les deux vitesses pouvant par ailleurs être réglées à volonté en fonction de la nature et des caractéristiques du mélange à séparer. L'invention concerne à cet effet des perfectionnements apportés aux centrifugeuses à extraction continue pour la séparation des constituants d'un mélange pouvant comprendre une phase sédimentaire dite solide, et au moins deux phases liquides de densités différentes, plus spécialement les centrifugeuses basse vitesse/ grand diamètre, du genre comprenant une enceinte périphérique tournante et un rotor à convoyeur dans cette enceinte, le rotor et L'enceinte tournant à des vitesses angulaires différentes, les susdits perfectionnements étant caractérisés en ce qu'ils consistent, - à prévoir d'une part, pour l'enceinte périphérique tournante, des moyens de guidage aux deux extrémités de ses moyeux d'entrainement coaxiaux, - à prévoir d'autre part, pour le rotor, des moyens de guidage aux deux extrémités de son arbre d'entratnement, - à prévoir d'autre part encore, en partie basse du rotor, à l'opposé de son flasque d'entramement, un palier de guidage disposé entre les pales du rotor et la partie basse du moyeu extérieur de l'enceinte tournante. Grâce à cette disposition principaIe, on supprime le porte-à-faux de l'enceinte tournante et du rotor, et on assure également la concentricité constante de ces deux éléments, l'un par rapport à l'autre, quels que soient les défauts de répartition de la matière à traiter dans l'équipage mobile de la centrifugeuse. Suivant une disposition de l'invention, l'enceinte tournante comporte un premier moyeu cylindrique disposé coaxialement à l'arbre d'entratnement du rotor, ce premier moyeu étant monté tournant autour dudit arbre par l'intermédiaire de deux paliers à billes disposés aux extrémités de cet arbre, ledit premier moyeu étant lui-même monté tournant dans un second moyeu cylindrique stationnaire, solidaire du bati de la centrifugeuse, des paliers à billes étant interposés aux extrémités de ce second moyeu stationnaire, entre les premier et second moyeux, un troisième moyeu tubulaire cylindrique coaxial aux premier et second moyeux venant coiffer ledit second moyeu stationnaire, mais tournant autour de ce dernier avec interposition d'un palier à billes disposé au voisinage de l'extrémité inférieure dudit troisième moyeu. Suivant une autre disposition, l'entraînement distinct de l'enceinte tournante et du rotor, est réalisé d'une part ou le rotor d' ne poullie gantée, d'une d'une d'une DOU ie dentee calée sur calée sur l'arbre d'un moteur, et une courroie crantée reliant lesdites poulies dentées, d'autre part, pour l'enceinte tournante d'une poulie crantée, calée sur l'arbre dudit moteur, ladite seconde poulie motrice entrat nt par l'interné diaire d'une courroie crantée la poulie d'entrée d'un variateur de vitesse, la poulie de sortie de ce variateur entrainant à son tour par courroie crantée, la poulie de l'enceinte tournante. Grâce à ce mode d'entrainement, on supprime les boites à engrenages antérieurement connues, mais surtout, on évite tout phénomène de glissement dans les transmissions de mouvements, ce qui garantit un écart de vitesse angulaire constant mais réglable, entre l'enceinte tournante et le rotor. Suivant un mode d'exécution, les espaces compris entre les pales du rotor et les filets de la vis de convoyage, sont susceptibles de recevoir des sous-ensembles de pales intermédiaires. D'autres buts et avantages ressortiront encore de la description détaillée qui suit, d'un mode d'exécution de l'invention, donné ici surtout à titre d'exemple, sur les dessins joints dans lesquels, La figure 1 est une vue en élévation coupe d'une centrifugeuse, suivant l'invention, La figure 2 est une vue de dessus du rotor au niveau des pales. La figure 3 est une vue partielle en demi-coupe axiale montrant le détail du diaphragme séparateur de la centrifugeuse. En référence à la figure 1, on a désigné par la référence générale 10, une centrifugeuse faisant application des dispositions de l'invention. Cette centrifugeuse est constituée d'un bâti Il, lequel supporte une enceinte tournante 12, également dénommée bol, constituée par une paroi périphérique cylindrique 13, prolongée par une paroi tronconique 14, ouverte à sa partie supérieure. La paroi périphérique cylindrique 13 est fermée par un fond 15, solidaire d'un moyeu 16, essentiellement cylindrique, qui s'étend verticlement à l'intérieur de l'enceinte tournante. Dans l'enceinte tournante 13, est disposé un rotor 17, équipé d'un convoyeur à vis 18, destiné à lèxtraction des matières solides qui ont été séparées du mélange à traiter, et qui sont projetées sur la paroi interne de l'enceinte tournante 12. Le rotor 17estmunidans sasection cylindrique de pales 19, qui s'étendent, pratiquement sur toute la hauteur de cette section. Le rotor est complété par un distributeur axial de mélange à traiter, formé d'un tube d'amenée 20, et de deux plateaux distributeurs 21, 22, pour conduire le mélange à traiter en direction des pales du rotor Le rotor est entraflié en rotation par un arbre d'entrabement 23, disposé dans l'axe de la centrifugeuse et stétendant des plateaux 21, 22, jusqu'à la base du bâti 11. Suivant une première disposition, l'enceinte tournante 12 est entrainée en rotation à partir d'un premier moyeu cylindrique 24, disposé coaxialement à l'arbre d'entratnement 23 du rotor. Ce premier moyeu est monté tournant autour dudit arbre 23, par l'intermédiaire de deux paliers à billes 25, 26, disposés aux extrémités de cet arbre. Le premier moyeu cylindrique 24 est monté lui-méme tournant à l'intérieur d'un second moyeu cylindrique stationnaire 27, solidaire du bâti Il de la centrifugeuse. Des paliers à billes 28, 29 sont interposés aux extrémités de ce second moyeu 27, entre les premier et second moyeux. Le troisième moyeu, tubulaire cylindrique 16, déjà nommé, est disposé coaxialemet aux premier et second moyeux, de manière à venir coiffer le second moyeu stationnaire 27, mais tournant autour de ce dernier, avec l'interposition d'un palier à billes 30, disposé au voisinage de l'extrémité inférieure dudit troisième moyeu. Suivant une disposition particulière, on BIBrnine le porte-à-faux à la base des pales dru rotor, par rapport au moyeu 16 de l'enceinte tournante, en interposant entre l'extrémité inférieure desdites pales 19, et le troisième moyeu 16, un palier constitué d'une portée cylindrique 32, solidaire du troisième moyeu et d'une couronne 33, solidaire des pales du rotor. Un revêtement autolubrifiant 34 est prévu entre les portées de contact du palier. Ce revetemellt peut être avantageusement une garniture de téflon qui présente une bonne résistance à l'abrasion, et qui est très largement suffisante pour assurer la tenue du palier, étant donné que l'écart de vitesse angulaire entre le rotor et l'enceinte tournante, est de faible valeur par exemple de l'ordre de 30 T/mn. Grâce à cette disposition, on est assuré d'obtenir une parfaite concentricité entre le rotor et l'enceinte tournante, malgré des défauts de répartition du mélange à traiter, surtout au voisinage de la base de L'enceinte tournante ou au voisinage de la base des pales du rotor Il est avantageux de faire comporter aux filets de la vis 18 du convoyeur, au moins sur leur partie de chant, une garniture partielle ou totale, constituée d'un revêtement autolubrifiant de contact 18a. Avantageusement, ce revêtement peut entre constitué par une garniture en téflon. Afin de favoriser l'extraction des produits solides, le sommet de la partie tronconique de l'enceinte tournante 14, reçoit une couronne amovible 14a, qui, tout en augmentant le champ centrifuge, évite toute introduction des produits solides objectés par projection dans la chambre fermée entre l'enceinte tournante et le carter extérieur fixe de la centrifugeuse. On notera encore que l'un des plateaux distributeurs 21, du produit à traiter, comporte des ailettes radiales 21a, pour la mise en vitesse du mélange et sa répartition en direction des pales du rotor. A titre d'exemple, une centrifugeuse faisant application des dispositions de l'invention, pourra présenter sans difficulté un diamètre de l'enceinte tournante et du rotor, de 11 ordre de 800 mm, et sa rotation pourra Qtre limitée entre 500 et 800 T/mn. La différence de vitesse entre l'enceinte tournante et le rotor, peut étre de l'ordre de 20 à 40 T/mn, en fonction des caractéristiques du produit à traiter. Des essais pratiques ont montré qu'il était d'une extrême importance, une fois les vitesses respectives déterminées pour l'enceinte tournante et le rotor, en fonction d'un produit donné, de maintenir sans variation l'écart de vitesse angulaire entre le rotor et cette enceinte.Pour parvenir à ce résultat, on peut faire appel à des boites à engrenages, mais cette solution est beaucoup trop onéreuse et on lui préférera, conformément à une disposition de l'invention, un entrainement par poulies et courroires crantées Suivant urn mode d'exécution, le roter 17 reçoit son mouvement d'une poulie dentée 35, calée sur l'arbre 23 du rotor, et d'une première poulie dentée 36, calée sur l'arbre 37 d'un moteur 38, une courroie crantée continue 39 reliant les poulies 35, 36. L'enceinte tournante est mise en rotation par l'intermédiaire d'une poulie crantée 40, calée sur le premier moyeu tubulaire rotatif 24, d'une seconde poulie 41, calée sur l'arbre 37 du moteur 38, ladite seconde poulie motrice entraidant par l'intermédiaire d'une courroie crantée 42, la poulie d'entrée 43, d'un variateur de vitesse 44, ce variateur comporte une poulie de sortie 45, entraînant à son tour par courroie crantée 46, la poulie 40 de l'enceinte tournante 12. Dans l'exemple de la figure 2, on a montré une coupe transversale du rotor, au niv1 - . section cylindrique. Selon cette disposition, on remarque que les pales radiales 19, constituent les éléments de l'ossature du rotor. Entre les pales 19, dans les espaces compris entre ces pales et les filets de la vis de convoyage 18 , il est possible d'introduire des sous ensembIes de pales intermédiaires se présentant sous forme de blocs amovibles. Grâce à cette disposition, on peut faire varier le nombre de pales du rotor, et/ou leur forme en fonction des caractéristiques des mélanges à traiter. Dans l'exemple d'exécution de la figure 3, on a montré un mode d'exécution préféré du diaphragme 46, qui sépare la chambre réceptrice 47 de la phase liquide lourde de la chambre réceptrice 48 de la phase la plus légère du liquide à traiter. Le diaphragme se présente sous la forme d'un disque plat, du centre å la périphérie. Ce disque est bordé à sa périphérie de deux parois concentriques annulaires verticales, respectivement 46a, 46b traversées à chaque fois par l'une quelconque des buses 49 de débordement de la phase légère du mélange. Les traversée des buses 46 se trouvent en conséquence totalement en dehors de la phase légère dont l'épaisseur est matérialisée par la flèche E, ce grâce à quoi il n'est pas nécessaire de prévoir une étanchéité entre les buses 49 et les traversées.Par ailleurs, on fera comporter au voisinage de la spire la plus basse du convoyeur 18, deux parois annulaires verticales 50, 51, disposées concentriques, de manière telle que la paroi 50 s'insère entre les parois 46a, 46b, du diaphragme, et que la paroi 51 s'insère entre la paroi annulaire 46b et la paroi cylindrique 13 tournante de la centrifugeuse. Grâce à cette disposition, on évite tout risque de mélange entre la phase légère et la phase lourde. Bien entendu, Invention n'est pas limitée aux exemples d'exécution ci-dessus décrits et représentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadrs des revendications annexées. Ainsi par exemple, on pourra remplacer la transmission par courroies crantées par une transmission à chaines et l'on peut, par simplification, supprimer le variateur de vitesse, les vitesses angulaires différentes étant obtenues par des rapports de transmission différentiels fixes. REVENDICATIONS 1) Perfectionnements apportés aux centrifugeuses à extraction continue pour la séparation des constituants d'un mélange pouvant comprendre une phase sédimentaire dite solide et au moins deux phases liquides de densités différentes, plus spécialement les centrifugeuses basse vitesse/grand diamètre, du genre comprenant une enceinte périphérique tournante et un rotor à convoyeur dans cette enceinte, le rotor et l'enceinte tournant à des vitesses angulaires différentes, les susdits perfectionnements étant caractérisés en ce qu'ils consistent - à prévoir d'une part, pour l'enceinte périphérique tournante des moyens de guidage aux deux extrémités de ses moyeux d'entrainement coaxiaux, - à prévoir d'autre part, pour le rotor, des moyens de guidage aux deux extrémités de son arbre d'entratnement, - à prévoir d'autre part encore, en partie basse du rotor, à l'opposé de son flasque d'entratnement, un palier de guidage disposé entre les pales du rotor et la partie basse du moyeu extérieur de l'enceinte tournante. 2) Centrifugeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enceinte tournante comporte un premier moyeu cylindrique disposé coaxialement à l'arbre d'entrainement du rotor, ce premier moyeu étant monté tournant autour dudit arbre par l'intermédiaire de deux paliers à billes disposés aux extrémités de cet arbre, ledit premier moyeu étant lui-même monté tournant dans un second moyeu cylindrique stationnaire solidaire du bâti de la centrifugeuse, des paliers à billes étant interposés aux extrémités de ce second moyeu stationnaire entre les premier et second moyeux, un troisième moyeu tubulaire cylindrique coaxial aux premier et second moyeux venant coiffer ledit second moyeu stationnaire, mais tournant autour de ce dernier avec interposition d'un palier à billes disposé au voisinage de l'extrémité inférieure dudit troisième moyeu. 3) Centrifugeuse selon les revendications 1. et 2, caractérisée en ce que le palier entre les pales du rotor et le troisième moyeu coaxial de l'enceinte tournante est constitué d'une portée cylindrique solidaire du troisième moyeu et d'une couronne solidaire des pales du rotor, un revêtement autolubrifiant étant de préférence disposé entre les portées de contact du palier. 4) Centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les filets de la vis du convoyeur du rotor ont au moins leur partie de chant garnie partiellement ou en totalité, d'un revsstement auto lubrifiant de contact. 5) Centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le sommet de la partie tronconique de L'enceinte tournante reçoit une couronne amovible débordant la paroi interne du collecteur des produits solides. 6) Centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 å 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un distributeur axial de mélange à traiter, forme d'un tube d'amenée et de deux plateaux distributeurs, l'un de ces plateaux comportant des ailettes radiales pour la mise en vitesse du mélange et sa répartition en direction des pales du rotor. 7) Centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'entrahement distinct de l'enceinte tournante et du rotor est réalisé d'une part pour le rotor d'une poulie dentée, calée sur l'arbre du rotor, d'une première poulie dentée calée sur l'arbre d'un moteur et une courroie crantée reliant lesdites poulies dentées, d'autre part, pour l'enceinte tournante,d'une poulie crantée, calée sur le premier moyeu tubulaire, d'une seconde poulie calée sur l'arbre dudit moteur, ladite seconde poulie motrice entraluant par l'intermédiaire d'une courroie crantée la poulie d'entrée d'un variateur de vitesse, la poulie de sortie de ce variateur entraînant à son tour par courroie crantée la poulie de l'enceinte tournante. 8) Centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les espaces compris entre les pales du rotor et les filets de la vis de convoyage, sont susceptibles de recevoir des sous ensembles de pales intermédiaires. 9) Centrifugeuse selon lune quelconque des revendications I à 8, dans laquelle il est prévu, au voisinage de la partie de fond de l'enceinte périphérique, un diaphragme séparateur entre la chambre contenant la phase légère, et la chambre contenant la phase lourde, et caractErisF en ce que le diaphragme est par définition plan de son centre à sa périphérie, et qu'il comporte, au voisinage de cette périphérie deux parois annulaires verticales concentriques traversées par des buses de débordement de la phase légère et en ce que le rotor comporte, au voisinage de la spir la plus basse du convoyeur, deux parois annulaires verticales concentriques stimbri- quant dans les espaces annulaires des parois du diaphragme de manière à constituer un passage à double chicanes.