Brevet FR2482874A1 — publié le 19811127

Brides de fixation de fermeture d'extrémité de bol de centrifugeur La présente invention se rapporte aux brides de fixation de fermeture d'extrémité de bol de centrifugeur, particulièrement des brides situées à l'extrémité d'évacua- tion des matières solides du bol d'un centrifugeur de sépa- ration des matières solides et liquides du type à évacuation continue des matières solides. - Les centrifugeurs de ce genre comportent couram- ment un bol de forme générale cylindrique, mis en rotation à grande vitesse autour de son axe, pour séparer vers le bol par la force centrifuge les matières solides de boues soli- des-liquides amenées de façon continue; une hélice d'entraî- nement mise en rotation dans le même sens, à une vitesse lé- gèrement différente pour déplacer de façon continue les ma- tières solides vers une sortie d'extrémité tronconique du bol, et pour les en faire sortir; et des orifices à l'extré- mité opposée du bol, ou des buses à l'intérieur du bol pour évacuer de façon continue la fraction liquide séparée. Le bol comporte des pièces d'extrémité, ou des "têtes" qui sont généralement munies d'une bride radiale annulaire boulonnée sur une bride similaire du bol afin d'assembler les pièces., Un carter fixe du centrifugeur comporte un écran annulaire qui entoure étroitement l'une au moins des brides assemblées à l'extrémité d'évacuation des matières solides du centrifu- geur, formant ainsi un compartiment d'extrémité dans le car- ter qui reçoit les matières solides évacuées. Ces centrifugeurs sont souvent utilisés pour le traitement des boues contenant des matières solides forte- ment abrasives, par exemple ceux utilisés pour la dés- hydradation du charbon. Malgré l'utilisation de lames tournantes dans le compartiment du centrifugeur qui reçoit les matières solides, ces matières abrasives tentent à s'ac- cumuler sur le côté du compartiment ou se trouve l'écran, et entre l'écran et les brides assemblées du bol. Même si les brides, de même que le bol, sont faits d'un métal (tel que l'acier inoxydable) qui résiste longtemps à l'usure dans des conditions normales, les particules abrasives dures ainsi accumulées, s'appliquant contre les brides tournant à grande vitesse, les use si rapidement qu'il est necessaire fréquemment de les réparer ou les remplacer. Le prix de ces réparations ou remplacements fréquents s'ajoutant au prix du temps d'arrêt du centrifugeur nécessaire pour les effectuer constitue dans de nombreux cas un poste important de dépense pour l'opération de centrifugation dans l'usine. Les tentatives antérieures connues faites pour re- soudre ce problème n'ont pas donné de résultats satisfai- sants. En général, elles consistaient à souder une matière dure, résistant à l'usure, sur la surface d'extrémité exte- rieure de la bride, généralement sous la forme de nervures d'une hauteur juste suffisante pour être dégagée de l'écran du carter. Dans une telle disposition, les nervrures étaient disposées à des intervalles rapprochés, transversalement Par rapport à l'extrémité de la bride, et inclinées pour f onc- tioniner comme une soufflerie. Mais il s'est avéré générale- ment que l'adjonction par soudage de ces matières resistant à l'usure n'augmentait pas beaucoup la longévité, en raison de leur sensibilité inhérente aux ruptures en charge et de leur résistance insuffisante aux forces-d'.usurec;cnte qui apparaissent. L'invention a donc pour objet dé proposer des bri- des de fixation d'une pièce d'extrémité et/ou d'un bol J1e centrifugeur, protégées plus efficacement contre l'usure à abrasion que cela était possible jusqu'à présent, lorsqu' elles sont utilisées dans les conditions précitées. Pour obtenir ce résultat, l'invention met'en oeuvre des bouchons d'une matière dure, longue a user, qui sont partiellement logés dans des cavités formées dans le corps de la bride, disposées transversalement dans la bride à des intervalles appropriés suivant sa circonférence. Les cavités sont réalisées de manière à laisser une fente ouverte à la circonférence de la bride, perpendiculairement à elle, et par laquelle une partie d'un bouchon fixé dans la cavité fait saillie d'une hauteur suffisante pour former une sur- face relevée sur la périphérie de la bride, avec un rayon maximal légèrement inférieur à celui de la circonférence intérieure de l'écran du carter afin de laisser un jeu quand cet écran recouvre la bride. La sailliedesbouchons sur les fentes périphériques de la bride est inférieure à la largeur du bouchon de sorte que la partie de ce dernier se trouvant dans les cavités ne peut en sortir par la fente. Un écartement très régulier des parties en saillie des bouchons suivant la circonférence de la bride est important. Cet écartement ne doit pas dépasser 375 mm suivant le périmètre de la bride, et il est de préférence de l'ordre de 200 à 250 mm. La dureté et la résistance à l'abrasion des parties en saillie des bouchons,évidemment aussi importantes, doivent être supérieures à celles de la bride et au moins à peu près égales à celles d'une cérami- que contenant 90% d'oxyde d'aluminium. L'invention concerne donc un ensemble compre- nant un bol tournant de centrifugeur avec une bride en sail- lie radiale et une pièce d'extrémité de bol avec également une bride en saillie radiale destinée-à être fixée sur la bride du bol. Au moins celle de ces brides qui est la plus étroitement associée avec un écran de carter comporte des cavitls qui contiennent des bouchons d'une matière dure, résistant à l'usure, faisant saillie partiellement à la pé- riphériede la bride, selon la réalisation et la disposition décrites cidessus. Il s'est avéré que ces brides résistent à l'usure par abrasion beaucoup mieux et plus longtemps que des brides avec des bourrelets soudés de la technique anté- rieure, lorsqu'elles sont exposées à des conditions identi- ques d'usure par abrasion. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va sui- vre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La Figure 1 est une vue en élévation d'un centri- fugeur continu-avec son carter, partiellement coupé pour montrer la structure intérieure en coupe de l'extrémité d'évacuation des matières solides du bol, et comprenant les brides réalisées selon l'invention, la Figure 2 est une vue en élévation à plus grande échelle et en coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la Figure 1, vue dans la direction des flèches, et sur laquelle la structure interne du bol de centrifugeur est supprimée, la Figure 3 est une vue partielle en perspective de la face de la pièce opposée à celle représentée sur la Figure 2, la Figure 4 est une coupe verticale partielle d'un écran de carter et d'une bride réalisée selon l'invention, la Figure 5 est une vue en plan suivant la ligne -5 de la Figure 4, vue dans la direction des flèches, les Figures 6 et 7 sont des vues respectivement similaires à celles des Figures 4 et 5, illustrant une struc- ture de bride modifiée, - la Figure 8 est une coupe verticale partielle de l'extrémité d'évacuation des matières solides d'un centrifu- geur et de l'ensemble de carter, semblable à celui de la Figure 1 et illustrant une autre modification de la bride, et la Figure 9 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la Figure 8. La Figure 1 représente donc un centrifugeur assem- blé complet, du type courant à évacuation continue des ma- tières solides, concerné par l'invention, l'extrémité d'évacuation des matières solides étant exposée pour montrer les éléments auxquels l'invention est appliquée. Le centrifugeur, désigné globalement par 10 sur la Figure 1, comporte un carter 12 monté sur un socle 14. A l'intérieur du carter, le bol 16 du centrifugeur est sup- porté en rotation par des arbres d'extrémité creux 18, 20 passant dans des paliers 22, 24 respectivement. L'arbre 18 porte une poulie d'entraînement 26, fixée sur son extrémité extérieure, et par laquelle le bol est mis en rotation par un moteur,non représenté, par l'intermédiaire de courroies d'entraînement. L'arbre 20 est fixé sur le carter 28 d'une boite de vitesse qui tourne avec lui et contenant des engre- nages de changement de vitesse, non représentés, qui peuvent être d'un type planétaire courant. Un dispositif d'entraînement, désigné globalement par 30, est monté coaxialement à l'intérieur du bol 16, par des arbres d'extrémité dont seul celui de droite désigné par 32 est représenté, ces arbres d'extrémité étant eux-mêmes montés dans des paliers (non représentés) dans les arbres 18 et 20. L'arbre 32 est accouplé avec des engrenages de changement de vitesse dans le carter 28, de sorte qu'il est mis en rotation par ces derniers dans le même sens que le bol mais à une vitesse légèrement différente. Le dispositif d'entraînement 30 comporte un moyeu creux 34 sur lequel est montéeune lame d'entraînement 36 hélico dale, cette lame en- traînant de la gauche vers la droite de la Figure 1 les ma- tières solides se déposant dans le bol et les évacuant par l'extrémité de droite du bol, vue sur cette Figure, dans un compartiment récepteur 38 du carter 12. Le dispositif (non représenté) d'évacuation des liquides peut consister en des orifices situés à l'extrémité gauche du bol, vue sur la Figure 1, vers un compartiment récepteur à cette extrémité du carter 12. Un tube 40 d'arrivée des boues solides-liquides passe dans la partie creuse de l'arbre d'extrémité gauche du dispositif d'entraînement, jusque dans un compartiment d'ar- rivée à l'intérieur du moyeu 34, dans lequel il décharge les boues qui arrivent par une sortie 42, ces boues passant alors à leur tour dans le bol 16 par des orifices 44 dans le moyeu 34. Le bol 16 du centrifugeur a une forme tronconique à son extrémité d'évacuation des matières solides, et sa plus petite extrémité porte une bride 46 en saillie radiale. Une pièce d'extrémité de bol, désignée globalement par 48, com- porte une bride 50 en saillie radiale fixée sur la bride 46 du bol par des boulons, (non représentés) enfilés dans des trous 52 de la bride 50 (Figures 2 et 3) et dans des trous alignés (non représentés) de la bride 46. Comme le montrent les Figures 2 et 3, la pièce d'extrémité 50 a la forme d'un croisillon dont le moyeu 54 est solidaire de l'arbre 20 du bol et dont les bras 56 sont solidaires de la bride 50. Les espaces entre les bras 56 forment des orifices par lesquels les matières solides entraînées vers l'extrémité du bol sont évacuées dans le compartiment 38 du carter, le bord intérieur de la bride 50 affleurant la surface d'extrémité inté- rieure du bol. Un écran 58 sur la paroi intérieure du carter 12 comporte un bord intérieur circulaire faisant face aux périphéries des brides 46 et 50 assemblées, dans.le cas pré- cédent, immédiatement opposé à la périphérie de la bride 50. L'écran 58 du carter et la pièce d'extrémité 48 du bol forment une paroi latérale du compartiment 38 du carter, ce compartiment étant fermé à l'exception du jeu entre l'écran 58 et la bride 50 et les ouvertures d'évacuation entre les bras 56 de la pièce 48. Le compartiment 38 est balayé par des lames 60 fixées sur les bras 56 et tournant avec le bol. Des lames 62 d'une matière dure résistant à l'usure sont fi- xées par des boulons 63 sur le bord latéral de chaque bras 56, en avant dans le sens de la rotation, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre sur la Figure 1, vue sui- vant les flèches de la ligne 2-2. Les lames 60 du carter dégagent les matières solides vers une gouttière intérieure d'évacuation (non représentée) dans le compartiment 38, tan- dis que les lames 62 protègent les bras 56 contre l'usure. La structure décrite jusqu'ici est courante. Quand le centrifugeur traite des matières qui contiennent des par- ticules abrasives dures, par exemple de la boue de charbon, ces particules abrasives évacuées dans le compartiment 38 tendent à s'accumuler entre le carter et les surfaces laté- rales des brides du bol et de sa pièce d'extrémité, parti- culièrement entre l'écran de carter 58 et la bride avec la- quelle il est le plus étroitement associé, usant ainsi rapidement l'acier des surfaces extérieures des brides en ro- tation relative, et imposant de fréquentes-réparations ou de fréquents remplacements. Dans le but de réduire au minimum cette usure et de prolonger considérablement la longévité des brides, l'invention consiste à modifier la structure d'au moins celle des brides qui est le plus étroitement as- sociée avec l'écran, de la manière qui sera maintenant dé- crite. Selon la Figure 1, les deux brides 46 et 50 sont mo- difiées de la même manière, la structure modifiée de la bri- de 50 qui est la plus étroitement associée avec l'écran 58 étant plus particulièrement illustrée et décrite, ce qui sera suffisant en raison de la similitude. Les Figures 1 à 5 montrent que chaque bride 46, 50 comporte des cavités 64 qui s'étendent sur toute son épais- seur et à sa périphérie en formant chacune une fente 66 sur la surface d'extrémité périphérique de la bride, la largeur de cette fente étant inférieure à la largeur maximale de la ou chville cavité. Dans chaque cavité est placé un bouchon/68 de ma- tière dure résistant à l'usure, fixée en place par un adhé- sif désigné par 70 qui peut être par exemple une résine époxy. Les bouchons sont dimensionnés par rap- port aux cavités de manière qu'une partie de chacun d'entre eux fasse saillie par une fente 66, en formant une surface en relief sur la surface périphérique extérieure de la bride. Comme le montre la Figure 5, les bouchons 68 sont légère- ment plus longs que l'épaisseur de la bride et ils'sont fi- xés dans les cavités de manière qu'une extrémité affleure 1 a face d'assemblage de la bride et que l'autre extré- mité fasse légèrement saillie sur la face opposée. Les cavi- 8_ tés représentées sont cylindriques, forme qui permet une réalisation commode par perçage, et les bouchons 68 repré- sentés sur les Figures 1 à 5 ont égalementune forme cylin- drique s'ajustant exactement, avec un léger plat pour faci- liter la fixation par l'adhésif. Des cavités avec d'autres sections transversales pourraient donner satisfaction, mais seraient plus difficiles à réaliser. Il n'est pas nécessaire que la saillie du bouchon sur la surface périphérique de la bride, à son maximum, soit importante et elle peut être de l'ordre de 3,2 mm. Comme représenté, la saillie est infé- rieure à la moitié du rayon du bouchon. Dansle cas de la bride 50, les saillies des bouchons laissent un léger jeu avec l'écran 58. Quand les bouchons sont montés dans les cavités, ils sont d'abord recouverts d'adhésif, ainsi que les parois des cavités. 'Les bouchons sont ensuite introduits par le bout dans les fentes, et ils sont positionnés comme le mon- trent les Figures. Le léger plat sur les parties intérieures radialement des bouchons forme un canal entre le bouchon et la cavité dans lequel l'adhésif peut se rassembler, et l'ex- cès d'adh'ésif peut sortir par les extrémités. Comme-cela a déjà été indiqué, les bouchons 68 sont faits, au moins dans leur partie en saillie, d'une ma- tière extrêmement dure et résistant longtemps à l'usure. Des bouchons en céramique contenant 90% d'oxyde d'aluminium (dureté Rockwell A 87,5) se sont avérés offrir une longévité beaucoup plus grande dans des conditions extrêmes d'usure par abrasion que-des bourrelets soudés selon la technique antérieure; par contre, les bouchons en céramique contenant 85% d'oxyde d'aluminium (dureté Rockwell A 84,5) n'apportent aucune amélioration notable de la protection contre l'usure de la bride par rapport aux bourrelets soudés, bien que ces bouchons soient espacés les uns des autres d'une distance supérieure à la valeur maximale mentionnée ci-après, ce qui peut avoir contribué à un résultat non satisfaisant.- L'invention met donc en oeuvre des bouchons dont la résis- tance à l'usure par abrasion dans la partie en saillie est au moins égale à celle de la céramique à 90% d'oxyde d'alu- minium, et ces bouchons sont- de préférence moulés entière- ment en cette céramique contenant 9X0 ou plus d'oxyde d'alu- minium. Une céramique avec cette teneur spécifiée d'oxyde d'aluminium est disponible dans le commerce sous la réfé- rence "AD90" pour des bouchons moulés, fournis par Coor's Porcelain Co., 600 Ninth Street, Golden, Colorado 80401. D'autres matières du commerce dont la sureté et les carac- téristiques de résistance à l'abrasion sont similaires comprennent une céramique à 99,5% d'oxyde d'aluminium (Coors "AD995"), le carbure de tungstène(94-6) et le car- bure de bore, bien que selon les essais d'usure par abra- sion avec du sable et du carbure de siliciums ces matières soient légèrement inférieures à celle de désignation' Coor's "AD 90't. Un écartement circonférentiel correct des saillies des bouchons est. un autre facteur important. Comme cela a déjà été indiqué, il doit être régulier et ne pas dépas- ser 375 mm entre les axes des fentes. Douze de ces bou- chons sont couramment utilisés dans des brides de 975 mm de diamètre, avec un écartement circonférentiel d'environ 250 mm, un écartement de 200 à 250 mm étant préférable. Les Figures 6 et 7 représentent une forme modifiée de bouchon, désignée par 68a dans lequel la partie en saillie par la fente 66 comporte une nervure axiale 72 faisant un angle avec l'axe du bouchon et de la fente, d'environ 150 dans le cas présent. Etant donné que les cavités et les bouchons sont représentés avec leurs axes parallèles à l'axe de rotation de la bride, les nervures forment un angle avec un plan vertical qui contient l'axe de rotation de la bride. Ces nervures se comportent donc comme des pales de ventilateur produisant un courant d'air dirigé à l'opposé de l'extrémité de la nervure qui se trouve en avant dans le sens de rotation de la bride. Ces bouchons modifiés peuvent être utilisés dans l'une, une partie ou la totalité des cavités de l'une ou des deux brides pour produire un courant d'air perpendiculaire à la bride, dans celui souhaité dedeux sens opposés. Comme le montrent les Figures 6 et 7, si l'on suppose que le sens de rotation est de la gauche vers la droite, ou dans le sens des aiguil- les d'une montre, le courant d'air produit par les nervures 72 est à l'opposé du compartiment 38, tendant ainsi à gêner le passage dans le sens inverse des matières liquides entre les brides et l'écran 58. Les Figures 8 et 9 représentent un ensemble modifié d'extrémité de bol, dans lequel les éléments corres- pondant à ceux des Figures 1 à 5 sont désignés par les mêmes références numériques avec des signes prime. La modifica- tion principale est l'adjonction sur la bride 46' d'extrémi- té du bol de prolongements annulaires 74, 76 de la surface extérieure de la bride, formant entre eux une rainure dans laquelle pénètre le bord de l'écran du carter 58' avec un léger jeu par rapport à la partie intermédiaire de la bride. Un joint en labyrinthe est ainsi formé, disposition utilisée par exemple dans des centrifugeurs à bol faisant tamis, dans lesquels le bol est perforé près de son extrémité d'évacua- tion. Etant donné que la partie du carter à la gauche de l'écran 58' sur la Figure 7 est un récepteur de liquide évacué par la partie perforée du bol, il importe de prévoir la sécurité supplémentaire du joint contre la sortie de li- quide éclaboussé depuis le récepteur de liquide vers le com- partiment de réception des matières solides de l'autre côté de l'écran. Les cavités 64' et les bouchons 68' (dans ce cas selon la forme des Figures 1 à 5)sont tels que ceux dé- crits, à l'exception qu'ils ne sont prévus que dans la col- lerette 46' du bolet que leurs extrémités forment des ouver- tures plutôt que des fentes dont les sommets se situent dans les prolongements respectifs 74, 76 de la surface périphéri- il_ que de la bride. La position des cavités et des bouchons avec leurs axes parallèles à l'axe de rotation de la bride, de la manière représentée, est commode pour le perçage des cavités et le moulage des bouchons. Ils peuvent cependant être posi- tionnés avec leurs axes faisant un angle par rapport au plan vertical qui contient l'axe de rotation de la bride, pour auquel cas la nervure 72 des Figures 6 et 7 peut être paral- lèle à l'axe du bouchon. REVENDICATIONS 1 - Ensemble de brides pour un bol tournant de centrifugeur, comprenant une extrémité avec une bride (46) en saillie radiale et une pièce (48) d'extrémité de bol avec aussi une bride (50) en saillie radiale destinée à être fi- xée sur ladite bride du bol, ensemble caractérisé en ce que l'une au moins desdites brides comporte une série de cavités (64) régulièrement espacées, disposées transversalement et traversant près de la surfac'e extérieure, chacune desdites cavités débouchant à la surface extérieure de la bride en formant une fente (66) dont la largeur est inférieure à celle de la cavité, disposée transversalement par rapport à la surface extérieure de la bride, l'écartement périphérique des axes desdites fentes étant inférieur à 375 mm, et une série de bouchons (68) fixés dans lesdites cavités (64) avec une partie faisant saillie par ladite fente de la cavité, au- dessus de la surface extérieure de la bride, ladite partie ayant une largeur inférieure à celle du reste dudit bouchon et offrant une résistance à l'usure par abrasion au moins à peu près égale à celle d'une céramique à 90% d'oxyde d'alu- minium. 2 - Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les axes desdi-tes cavités (64) sont pratiquement parallèles à l'axe de rotation de la bride. 3 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits bouchons (68) sont faits d'une céramique qui contient au moins environ 90% d'oxyde d'aluminium. 4 - Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que lesdites cavités (64) et lesdits bouchons (68) - ont une forme générale cylindrique. 5 - Ensemble selonla revendication 1, caractéri- sé en ce que ledit écartement périphérique est de l'ordre de à 250 mm. 6 - Ensemble-selon la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdits bouchons (68) sont fixés dans lesdites cavités (64) par un adhésif (70). 7 - Ensemble selon l'une quelconque des revendica- tions l à 6, caractérisé en ce que la partie en saillie (72) de l'un au moins desdits bouchons (68a) présente une section pratiquement rectangulaire, et est disposée avec son axe longitudinal faisant un angle avec un plan vertical qui con- tient l'axe de rotation de la bride. 8 - Ensemble selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les axes desdites cavités (64) et des bou- chons (68a) sont pratiquement parallèles à l'axe de rotation de la bride, ladite partie en saillie (72) étant disposée avec son axe faisant un angle avec les axes des bouchons et des cavités. 9 - Ensemble selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que le centrifugeur comporte un carter (12) pour ledit bol (16) et ladite pièce (48) d'extrémité de bol lorsqu'ils sont assemblés et montés pour tourner autour de l'axe du bol, ledit carter comportant un écran annulaire (58) disposé pour entourer l'une desdites brides avec un léger jeu par rapport aux parties en saillie desdits bouchons (68) qui s'y trouvent, ledit écran, ladite bride et ladite pièce d'extrémité formant une paroi d'un coPm- partiment (38) destiné à recueillir des matières solides évacuées par ladite extrémité du bol. 10 - Ensemble selon la revendication 9, caracté- risé en ce que celle précitée desdites brides comporte à ses bords périphériques des prolongements radiaux (74, 76) formant une rainure ouverte pour que ledit écran (58') pénè- tre entre eux, lesdites fentes (64') et lesdites parties en saillie des bouchons (68') se trouvant entre lesdits pro- longements, ledit écran laissant un léger jeu par rapport aux parties en saillie des bouchons, apparaissant entre les- dits prolongements. 11 - Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdites brides (46, 50) comportent des trous (52) correspondants qui les traversent, et destinés à rece- voir des boulons qui fixent les brides ensemble.