Brevet FR2477037A1 — publié le 19810904

Séparateur centrifuge à rotor comportant plusieurs vannes s'ouvrant pour évacuer le milieu centrifugé L'invention a pour objet un séparateur centrifuge comprenant un rotor muni à sa périphérie de plusieurs vannes qui peuvent s'ouvrir au cours du fonctionnement du séparateur pour laisser s'échapper le milieu de la chambre de séparation du rotor, la vanne correspondante étant ouverte par déplacement d'une partie de la vanne parallèlement à l'axe du rotor. On connait déjà un séparateur centrifuge muni de telles vannes (brevet GB 1 514 072). Chaque vanne comporte un canal qui communique avec la chambre de sépa- ration. Le canal respectif débouche par un orifice ou gicleur ménagé dans un matériau relativement dur et résistant à la corrosion, placé dans un plan perpendicu- laire à l'axe du rotor. La vanne comporte de plus un siège en matériau relativement mou et sensible à l'érosion, siège déplaçable parallèlement à l'axe du rotor vers l'orifice et à partir de lui entre une première position, o le siège est en contact avec l'orifice (la vanne étant donc fermée) et une seconde position, o le siège est écarté de l'orifice (la vanne étant alors entiè- rement ouverte). Le siège de vanne est en matériau rela- tivement tendre de façon qu'il vienne en contact sur toute la périphérie de l'orifice, même si le siège se place légèrement en oblique par rapport à l'orifice, par exemple à la suite d'une déformation,au cours du fonction- nementdes moyens qui maintiennent le siège. Lorsque la vanne s'ouvre, le milieu qui s'échappe du canal est projeté sous pression élevée à travers *un espace annulaire qui se forme alors entre l'orifice et le siège de vanne. Si le milieu contient des parti- cules abrasives, elles vont surtout éroder le siège de vanne pendant tout l'intervalle de temps o le milieu s'échappe par la vanne. Cette érosion du siège de vanne se traduit par une perte progressive d'étanchéité de la vanne en position fermée., -2- L'invention vise à fournir un séparateur répon- dant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il ne présente pas les défauts ci-dessus et que les vannes restent étanches en position fermée, même si elles sont parcourues par un milieu agressif lorsqu'elles. sont ouvertes. Dans ce but; l'invention propose notamment un séparateur dans lequel la vanne comprend une partie interne et une partie externe déplaçables l'une par rapport à l'autre parallèlement à l'axe du rotor et qui définissent une chambre intérieure fermée a-une extrémité et communi- quant avec la chambre de séparation, l'une desdites parties présentant une portion en forme de chemise en matériau relativement dur et résistant à l'érosion, portion qui s'étend parallèlement à l'axe du rotor et est percée d'une ouverture couverte par l'autre desdites parties lorsque la vanne est fermée, ladite autre partie présentant une arête terminale annulaire de matériau relativement dur et résistant à l'érosion, ladite arête terminale étant prévue pour être maintenue en appui axial contre une face de butée annulaire en matériau relativement tendre lorsque la vanne est fermée, la face de butée assurant alors l'étanchéité avec l'arête terminale et constituant une zone d'étanchéité qui interdit au milieu de s'échapper-de la vanne. L'arête terminale est prévue pour découvrir l'ouverture par déplacement des parties l'une par rapport à l'autre et établir une communication entre la chambre intérieure et l'ambiance, l'ouverture étant placée à une distance de la face de butée telle que la face de butée échappe à l'action du milieu qui s'écoule par l'ouverture lorsque cette dernière est découverte par l'arête terminale. Ainsi, on évite d'exposer la partie de la vanne qui résiste le moins bien à l'érosion, c'est-à-dire la face de butée avec laquelle l'arête terminale constitue une zone d'étanchéité lorsque la vanne est fermée, à l'action érosive du milieu qui s'échappe. La zone d'étanchéité reste intacte et la vanne reste étanche même après un nombre de vidanges à travers la vanne supérieur a ce qu'il était possible d'obtenir avec les vannes des 247.7037 -3- séparateurs centrifuges connus. On ne peut éviter que le milieu qui s'échappe par la vanne tende à éroder l'arête terminale lorsque celle-ci découvre l'ouverture. Mais cette érosion ne progresse que relativement lentement, car l'arête ter- minale est en matériau relativement dur et résistant à l'érosion. L'érosion est en conséquence moins importante. Toutefois, pour protéger dans toute la mesure du possible l'arête terminale de l'action érosive du milieu qui s'échappe, on peut avantageusement disposer l'ouverture de façon que,lorsque la vanne est complètement ouverte, cette ouverture soit à une distance de l'arête terminale telle que l'arête échappe à l'action du milieu qui sort par l'ouverture. Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, l'ouverture de la première partie est consti- tuée par une fente perpendiculaire à l'axe du rotor. On réalise ainsi une ouverture qui n'exige qu'un faible dépla- cement axial de l'arête terminale par rapport à elle pour être complètement dégagée. On peut de plus diriger l'ouverture de façon à éviter tout écoulement du milieu vers la machine,qui interférerait avec les moyens de com- mande de celle-ci. Suivant un mode particulier de réalisation de l'invention, la première partie est constituée par un élément en forme de gobelet qui est déplaçable dans l'autre partie et dont le fond repose sur un siège qui comporte la face de butée annulaire. On réalise ainsi une vanne dont la constitution structurelle est simple et dont la face de butée peut facilement être inspectée et remplacée. De plus, la face de butée est maintenue de façon positive en place lors du fonctionnement du séparateur, par l'arête terminale et l'élément en forme de gobelet lorsque la vanne est fermée, et par l'élément en forme de gobelet lorsque la vanne est ouverte. Ladite autre partie comporte avantageusement des moyens empêchant l'élément en forme de gobelet de tourner dans l'autre partie. En guidant l'élément en forme de -4- gobelet sans localisation dans le siège, on gagne une liberté de dessin du siège permettant, par exemple en rendant plane la surface 'du siège en contact avec l'élément en forme de gobelet, de rendre le siège déplaçable en direction radiale sans risque de déplacement libre de l'élé- ment en forme de gobelet en direction axiale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du rotor d'un séparateur centrifuge comportant plusieurs -vannes; 15. - la figure 2 est une vue de détail en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, montrant une frac- tion de la chambre de séparation du rotor, ladite chambre communiquant avec les vannes; et - les figures 3 à 6 montrentune des vannes de la figure 1 à grande échelle, lorsqu'elle est fermée (figure 3), lorsqu'elle est en cours d'ouverture (figure 4) et lorsqu'elle est grande ouverte (figure 5), tandis que la figure 6 est une vue en coupe de la vanne suivant la ligne VI-VI de la figure 5. Le séparateur centrifuge 1 de la figure 1 comprend un rotor 2 monté sur un arbre 3 et rotatif autour de l'axe 4 de l'arbre. Le rotor 2 comprend un chapeau 5 et un bol 6 reliés par une bride 7. Un mélange de milieux lourd et léger est amené au rotor par un conduit d'admission 8, à partir duquel le mélange pénètre par un conduit de répartition 9 dans la chambre de séparation 10 du rotor, dans laquelle le milieu lourd est.amené à se déplacer vers l'extérieur et à s'accu- muler dans des poches 5 de la chambre de séparation. Ces poches sont délimitées par des pièces de garnissage 12 en forme de coin-situées à la périphérie du rotor. Le milieu léger se déplace vers l'intérieur entre des plaques internes coniques 13 et atteint une chambre 14 d'o il est évacué par un disque de prélèvement 15. _ 5 Le fond des poches Il communique,par des canaux parallèles à l'axe, avec des vannes 17 capables de s'ouvrir pour laisser le milieu s'échapper des poches 11. Les vannes 17 sont régulièrement réparties autour de la circonférence du rotor. Elles sont commandées simulta- nément par un tiroir de commande commun 18 déplaçable axialement sur des guides 19 et 20 entre deux positions ter- minales. Lorsque le tiroir 18 est dans sa première position terminale, la plus proche du bol 6, il maintient les vannes fermées. Lorsque le tiroir 18 est dans l'autre-position terminale, les vannes sont ouvertes. Des ressorts 21 tendent à amener le tiroir 18 dans sa première position terminale, tandis que de l'air sous pression, pouvant être introduit dans un espace 22(délimité par le tiroir 18 et le bol 6)par des canaux 23, 24 et 25 dans l'arbre 3 et le bol 6, permet d'amener le tiroir dans l'autre position terminale. Une vanne 17 (figures 3 à 6) comporte une partie extérieure constituée par une chemise 31 en matériau rela- tivement dur. Cette chemise est montée dans le bol 6 et comporte un.canal 32 qui prolonge le canal 16 ménagé dans le bol 6. Un élément 33 en forme de gobelet,en matériau relativement dur, formant partie interne de vanne, est monté dans le canal 32 de façon à pouvoir coulisser dans le canal et à être guidé par lui transversalement. L'espace entre l'élément 33 et la paroi du canal 32 constitue un jeu 34 en forme de chemise dont la largeur est telle qu'elle permet à l'élément 33 de coulisser dans la chemise 31, mais évite dans toute la mesure du possible l'échappement du milieu sous pression le long du jeu. L'élément 33, que le milieu tend à chasser de la chemise 31, s'appuie sur un siège 35, fixé de façon rigide au tiroir de commande 18. Dans l'élément 33 est ménagée une fente longitudinale 36 dans laquelle coulisse une goupille 37 fixée à la chemise 31. On évite ainsi que l'élé- ment 33 tourne autour de son axe longitudinal. L'élément 33 repose, par son fond 38, sur une face plane 39 du siège 35, de sorte que le tiroir de commande 18 et le siège 35 peuvent -6- se déplacer radialement par rapport à l'élément 33 sans que le siège 35 n'entraîne l'élément 33 dans le sens radial. La chemise 31 présente une arête terminale 40, contre laquelle le tiroir de commande 18 applique une face de butée 41 du siège 35 lorsque la vanne est fermée (figure 3), de sorte que l'arête terminale 40 et la face de butée 41 constituent ensemble une zone d'étanchéité pour la vanne fermée. Pour que l'étanchéité assurée par la zone 42 soit aussi bonne que possible, on constitue le siège 35 en matériau relativement tendre ou mou, de sorte que l'arête terminale 40 s'imprime dans la face de butée 41 et que cette dernière se conforme à l'arête lorsque la vanne est fermée. Dans la paroi en forme de chemise ou de douille de l'élément 33 est ménagée une fente 43 perpendiculaire à l'axe de l'élément 33. Le développement circonférentiel de la fente 43 autour de-l'axe de l'élément 33 est d'envi- ron 1800. L'arête 43 est prévue pour dépasser la fente 43 d'une distance A lorsque la vanne est fermée (figure 3). Lorsque la vanne est fermée, le milieu dans la chambre intérieure 44 de l'élément 33 tente de s'échapper de la vanne, mais il en est empêché partiellement par la fraction du jeu 34 sur la longueur A et partiellement par la zone d'étanchéité 42. La vanne est ouverte (figure 4) par le tiroir de commande 18 lorsque le siège est amené à s'éloigner de la chemise 31. L'élément 33, sous l'action de la pression du milieu à l'intérieur de l'élément 33, suit le siège 35. La fente 43 est découverte par l'arête 40 et le milieu s'échappe par la fente. La vanne prend sa position de pleine ouverture (figure 5) lorsque la fente 43 est à distance B de l'arête 40. Le milieu s'échappe alors de la fente 43 dans une direction sensiblement radiale sans frapper l'arête ou la face de butée 41. La vanne est refermée par le tiroir de commande 18 lorsque le siège 35 et l'élément 33 reviennent dans la position représentée en figure 3. Le siège 35, en matériau relativement mou, cons- -7- titue la partie de la vanne qui résiste le moins à l'attaque par érosion. Il est donc important que la face de butée 41, qui constitue une surface d'étanchéité dans la zone d'étanchéité 42,soit protégée contre l'action du milieu qui s'échappe. On voit que le milieu qui s'échappe de la vanne ne frappe pas la face de butée 41, c'est-à-dire la surface qui est en contact d'étanchéité avec l'arête 40 lorsque la vanne est fermée, à condition que la distance A soit suffisamment grande, ce que l'on peut expliquer comme suit. Lorsque l'arête 40 commence à découvrir la fente 43 (figure 4), le milieu commence à s'écouler par.la fente dans une direction 45 qui forme un angle a d'environ 450 avec l'axe 46 de l'élément 33. Le milieu frappe le siège 35 suivant un arc de cercle qui est à une distance R de l'axe 46. Si la distance A est suffisamment grande, l'arc de cercle est situé, dans le sens radial, hors de la face de butée 41. Au fur et à mesure que la fente 43 se découvre, l'angle a augmente et le milieu frappe le siège 35 de plus en plus loin de la face de butée 41 au ppint que, lorsque la vanne prend la position de pleine ouverture montrée en figure 5, le milieu s'échappe en direction sensiblement perpendiculaire à l'axe 46. Il n'est pas nécessaire que la fente soit ménagée dans un élément en forme de gobelet se déplaçant avec le tiroir de commande 18. L'invention est susceptible de nom- breuses variantes et, en particulier, il est possible d'inverser la disposition, c'est-à-dire de ménager la fente 43 dans un élément en forme de chemise solidaire du bol 6 et de faire remplir les fonctions de l'arête 40 mentionnées plus haut par un rebord terminal annulaire d'un élément en forme de gobelet qui entoure l'élément en forme de chemise muni de la fente et se déplace en même temps que le tiroir de commande 18. Il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes, ainsi plus généralement qu'à toutes autres restant dans le cadre des équivalences. -8 - Revendications 1. Séparateur centrifuge comprenant un rotor muni à sa périphérie de plusieurs vannes (17) capables de s'ouvrir lors du fonctionnement du séparateur pour laisser un milieu s'échapper de la chambre de séparation (11) du rotor, chaque vanne s'ouvrant par déplacement d'une partie (35) de la vanne parallèlement à l'axe du rotor, caractérisé en ce que la vanne comprend une partie interne (33) et une partie externe (31) déplaçables l'une par rapport à l'autre parallèlement à l'axe du rotor et qui définissent une chambre intérieure (44) fermée à une extré- mité et communiquant avec la chambre de séparation (11), l'une desdites parties (33) présentant une portion en forme de chemise en matériau relativement dur et résistant à l'érosion, portion qui s'étend parallèlement à l'axe du rotor et est percée d'une ouverture (43) couverte par l'autre (31) desdites parties lorsque la vanne est fermée, ladite autre partie (31) présentant une arête terminale annulaire (40) de matériau relativement dur et résistant à l'érosion, ladite arête terminale étant prévue pour être maintenue en appui axial contre une face de butée annu- laire en matériau relativement tendre lorsque la vanne est fermée, la face de butée (41) assurant alors l'étanchéité avec l'arête terminale. (40} et constituant une zone d'étanchéité (42) qui interdit au milieu de s'échapper de la vanne et en ce que ladite arête est prévue pour décou- vrir l'ouverture (43) par déplacement des parties l'une par rapport à l'autre, et établir une communication - entre la chambre intérieure (44) et l'ambiance, l'ouverture (43) étant placée à une distance (A) de la face de butée (41) telle que la face de butée échappe à l'action du milieu qui s'écoule par l'ouverture (43) lorsque cette dernière est découverte par l'arête terminale.(40). 2. Séparateur centrifuge suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture (43) est placée de façon que, lorsque la vanne est entièrement ouverte, elle soit à une distance (B) de l'arête terminale (40) telle que l'arête terminale échappe à l'action du milieu qui _9 - sort par l'ouverture (43). 3. Séparateur centrifuge suivant la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture est formée par une fente (43) perpendiculaire à l'axe (4) du rotor. -4. Séparateur centrifuge suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie est constituée par un élément en forme de gobelet (33) déplaçable dans l'autre partie (31) et dont le fond (38) est en appui sur un siège (35) qui comporte la face de butée annulaire (41). 5. Séparateur centrifuge suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ladite autre partie (31) comporte des moyens (37) qui empêchent l'élément en forme de gobe- let de tourner dans l'autre partie (31). 6. Séparateur centrifuge suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les sièges de toutes les vannes (17) sont prévus sur un tiroir de commande commun (18), déplaçable. pour commander simultanément toutes les vannes (17).