Brevet FR2481613A1 — publié le 19811106

L'invention concerne un bol de centrifugeuse pour clarifier et séparer des liquides à centrifuger, comportant un ou plusieurs dispositifs de turbinage pour dévier les li- quides clarifiés ou séparés, un tube d'entrée fixe qui s'é- tend dans une chambre d'entrée cylindrique lisse, solidaire du bol et tournant avec celui-ci, en traversant une ouverture légèrement plus grande que le tuyau d'entrée, et des orifices d'évacuation partant de la chambre d'entrée et débouchant dans une chambre antérieure reliée, d'une part par des conduits d'aération à une chambre annulaire disposée avant la chambre d'entrée, et d'autre part à des canaux de montée du jeu d'as- siettes placé dans le bol de centrifugeuse. Un tel bol de centrifugeuse est connu, par exemple, d'après le brevet suisse 236 747; son but est d'amener le lait entier autant que possible avec précaution et sans à-coups au bol de centrifugeuse afin d'empêcher la rupture des petites boules de graisse présentes dans le lait, lors de son entrée dans le bol, ce qui a une incidence défavorable sur la sépara- tion du lait entier en crème et en lait écrémé. Plus le nombre de ces petites boules de graisse brisées est grand, plus la teneur en matière grasse du lait écrémé augmente.Il faut en outre empêcher le plus possible que l'air ne se mélange au lait à l'entrée dans le bol, afin d'éviter la formation de mousse qui rend également difficile la séparation du lait dans la centrifugeuse. On a toutefois constaté qu'un bol de centrifugeuse ainsi réalisé ne peut empêcher, ni le mélange d'air, ni la rupture et l'éclatement des petites boules de graisse conte- nues dans le lait. Plus on brise de gouttelettes de liquide à séparer, plus les forces centrifuges nécessaires à la sépara- tion doivent être grandes, ce qui peut être obtenu par exem- ple en augmentant la vitesse de rotation du bol ou en augmen- tant la surface de séparation dans le bol. Pour des raisons précitées, on a développé des "cen- trifugeuses hermétiques", telles qu'elles sont connues par exemple d'après le brevet allemand 25 08 503. De telles cen- trifugeuses hermétiques sont munies à l'entrée du bol de man- chettes- d'étanchéité, de garnitures étanches à anneau glissant ou l'analogue, de sorte que l'entrée du bol est fer- mée de façon étanche par rapport à l'atmosphère. Du fait qu'il faut amener sous pression à ces centrifugeuses hermétiques le liauide à centrifuger, le bol de centrifugeuse est complète- ment rempli de liquide et est soumis à une certaine pression de liquide, ce qui assure un écoulement en douceur et sans à-coups du liquide dans le bol de centrifugeuse. Le principal inconvénient des centrifugeuses hermé- tiques est toutefois la jonction étanche entre l'arrivée fixe et le bol rotatif; aux vitesses de rotation élevées actuelles du bol, les joints sont soumis à une usure importante et ils doivent être constamment refroidis ou lubrifiés par un liquide pendant le fonctionnement. En outre, les centrifugeuses fonc- tionnant avec de tels joints sont de construction très coû- teuse et les joints exigent un entretien et une manipulation très soigneux. Le but de l'invention est de réaliser un bol de cen- trifugeuse du type précité qui assure dans le bol un écoulement du liquide en douceur et sans à-coups tout en évitant au maxi- mum un vide poussé et un mélange d'air supplémentaire comme cela est également le cas avec les centrifugeuses hermétiques. La présente invention repose sur le fait qu'on ne peut obtenir un écoulement en douceur et sans à-coups des li- quides tout en évitant au maximum le mélange d'air dans le bol* jusque dans le jeu d'assiettes, que si, après l'entrée dans le bol rotatif du liquide arrivant du tube d'entrée fixe, le li- quide est guidé en un courant constant ininterrompu jusque dans le jeu d'assiettes, et que ce faisant, le liquide n'est soumis à aucun effet de choc ni à de grandes variations de pression par création de vide dans le bol, et que la chambre d'entrée n'est pas reliée à l'atmosphère extérieure. Le bol de centrifugeuse décrit dans le brevet suisse 236 747 comporte d'abord des ouvertures qui relient la cham- bre d'entrée à l'atmosphère, d'o il résulte un mélange mnac- ceptable d'air dans le liquide â séparer, mélange que n'évite pas encore la chambre d'entrée particulière prévue dans le brevet précité. Le liquide pénétrant par le tube d'entrée dans la chambre d'entrée provoque un effet d'injecteur qui mélange d'air ambiant au liquide entrant, ce qui provoque une formation de mousse inacceptable. D'autre part, la chambre d'entrée basse déborde immé- diatement en cas de débit d'arrivée plus élevé, et le liquide est non seulement entraîné par les organes à aubes prévus dans la chambre d'entrée, mais également par les aubes dans l'or- gane de distribution et il est soumis à une forte action mé- canique, ce qui serait également le cas avec des ouvertures fermées par rapport à l'atmosphère. Dans le cas d'une chambre d'entrée fermée par rap- port à l'atmosphère, il se forme dans la chambre d'entrée, ainsi que dans la chambre de l'organe de distribution un vide si élevé qu'à la surface de l'anneau de liquide ou du film de liquide se formant dans l'organe de distribution il y a dégazage du liquide, et que les gouttelettes de liquide en dispersion éclatent en gouttelettes extrêmement fines diffi- ciles à séparer. Le but de l'invention est atteint par le fait que la chambre d'entrée est étanche par rapport à l'atmosphère extérieure, que la distance de la sortie du tube d'entrée jus- qu'à l'entrée des orifices d'évacuation dans la chambre d'en- trée correspond au moins au triple du diamètre intérieur de la chambre d'entrée, que la section transversale totale des ori- fices d'évacuation est plus petite que la section de la cham- bre d'entrée et plus grande que la section du tube d'entrée, que les orifices de sortie comportent un ou plusieurs organes d'étranglement, de sorte que, pendant le fonctionnement, une pression de liquide accrue s'établit dans la zone inférieure de la chambre d'entrée avant les orifices d'évacuation,etque la chambre d'entrée peut être maintenue pratiquement remplie de liquide à centrifuger. Grâce à cette réalisation de l'invention, d'unepart on empêche un mélange avec l'air et la formation de moussequi en résulte, et d'autre part, grâce à la réalisation de la cham- bre d'entrée en liaison avec les organes d'étranglement aux orifices d'évacuation, on réduit au minimum l'effet d'injec- teur dans la chambre d'entrée; de ce fait, le vide se formant dans la zone de l'entrée et provoquant l'éclatement des gout- telettes de liquide est maintenu dans des limites acceptables et le liquide est guidé en douceur dans le jeu d'assiettes. En outre, cette réalisation permet d'obtenir un diamètre minimal de-la chambre d'entrée pour un débit maxi- mal-de la centrifugeuse sans qu'il se produise de débordement dans la chambre d'entrée. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seu- lement, de deux formes de réalisation de l'invention repré- sentées schématiquement sur le dessin, sur lequel: La Fig. 1 est une coupe verticale à travers le bol de centrifugeuse, avec un organe d'étranglement mécanique dans la chambre d'entrée, au voisinage de l'orifice d'évacua- tion; et La Fig. 2 est une coupe verticale à travers le.bol de centrifugeuse, avec un organe d'étranglement fonctionnant automatiquement, à l'orifice d'évacuation, dans la chambre d'entrée. Sur la Fig. 1, l désigne un bol rotatif auto-débour- beur dans lequel est disposé un dispositif de turbinage fixe2, qui est fixé, par exemple sur un chapeau de protection (non représenté) entourant le bol. Le bol est constitué, pour l'es- sentiel par une chambre à matières solides 3 et une chambre de séparation qui est constituée par un jeu d'assiettes 4 cons- titué par une multiplicité d'assiettes, le jeu d'assiettes étant enfilé sur un organe de distribution 5. La chambre de séparation et la chambre à matières solides sont délimitées sur le côté supérieur par un couvercle de bol 6 et sur le côté inférieur par un piston mobile 7, qui pendant le fonctionne- ment, ouvre et ferme des orifices d'évacuation 8 dans l'enve- loppe de bol adjacente pour décharger les matières solides. L'enveloppe du bol et son couvercle sont maintenus ensemble par un anneau de fermeture 10. Le dispositif de turbinage 2 est constitué par un tube d'entrée il sur lequel sont enfilés un disque de turbi- nage inférieur 12 pour guider la phase liquide spécifiquement légère et un disque supérieur 13 pour guider la phase liquide spécifiquement lourde. Le disque inférieur 12 est disposé dans la chambre de turbinage 14 et est relié par des canaux15 à la chambre de séparation, et le disque supérieur 13, dis- posé dans la chambre de turbinage 16 est relié à la chambre de séparation par un canal 17 placé entre le jeu d'assiettes 4 et le couvercle du bol 6. Le tube d'entrée 11 s'étend dans une chambre d'entrée 18 cylindrique et dépourvue de nervures, qui est solidaire des nervures d'entraînement 19 dans le fût de l'organe de distribution 5. Le diamètre intérieur de la chambre d'entrée est 1,4 fois supérieur au diamètre intérieur du tube d'entrée. De l'extrémité inférieure de la chambre d'entrée 18 partent des orifices d'évacuation 20 qui sont disposés à une certaine distance de la sortie du tube d'en- trée 11 de façon que cette distance corresponde au moins à 3 fois le diamètre intérieur de la chambre d'entrée 18. Les orifices d'évacuation 20 ont leur section transversale totale inférieure à la section transversale de la chambre d'entrée et supérieure à la section transversale du tube d'entrée et ils débouchent dans une chambre antérieure 21, qui est reliée par des orifices 22 au pied de l'organe de distribution 5 aux canaux de montée 23 dans le jeu d'assiettes 4. La chambre antérieure 21 est en outre reliée à une chambre annulaire 24 disposée avant la chambre d'entrée 18, par des canaux 25 qui sont constitués par les nervures disposées entre la chambre d'entrée 18 et l'organe de distribution 5. Le canal 25 sert en même temps de canal de mise à air libre pour la chambre antérieure 21. Dans la partie centrale du bol de centrifugeuse est placé un piston relié à une tige, en tant qu'organe d'étran- glement 26, qui de l'extérieur du bol, peut être déplacé axialement à l'intérieur de la chambre d'entrée 18 par un volant à main non représenté; le piston peut fermer et ouvrir les orifices d'évacuation 20 situés à l'extrémité inférieure de la chambre d'entrée. Mode de fonctionnement du bol de centrifugeuse de la Fig. 1 Le liquide à clarifier ou à séparer par centrifuga- tion est amené au bol par un tube d'entrée central 11 à une vitesse d'écoulement d'au moins 5 m/s, et il arrive dans la chambre d'entrée 18 tournant avec le bol. Du fait que le dia- mètre intérieur de la chambre d'entrée 18 est environ 1,4 fois plus grand que le diamètre intérieur du tube d'entrée il, que la distance entre la sortie du tube d'entrée et l'entrée des orifices d'évacuation 20 est plus du triple du diamètre intérieur de la chambre d'entrée 18, et que la section trans- versale totale des orifices d'évacuation 20 est plus petite que la section transversale de la chambre d'entrée 18 et plus grande que la section transversale du tube d'entrée 11, la chambre d'entrée 18 est complètement remplie de liquide jus- qu'au voisinage du déversoir dans la chambre annulaire 24 et elle est soumise, à l'entrée des orifices d'évacuation 20, à une pression plus élevée, de sorte que le liquide peut péné- trer de ces orifices d'évacuation 20 dans la chambre antéri- eure 21, avec un débit élevé, en douceur et sans à-coups. Du fait que la chambre d'entrée 18 est remplie de liquide pratiquement jusqu'au déversoir, l'effet d'injecteur à la sortie du tube d'entrée 11 est très faible de sortequ'il n'y a qu'un très faible vide dans la chambre annulaire 24, dans la chambre d'entrée 18 et dans le canal 25, ce qui évite l'éclatement, par exemple des petites boules de graisse dans le lait, ou d'autres gouttelettes de liquide tendant à se mettre en suspension. Le remplissage de la chambre d'entrée et de ce fait la réduction du vide produit peuvent en plus être commandés mécaniquement en cas de variations de débit, par le piston de l'organe d'étranglement 26 à l'entrée des orifices d'évacua- tion 20. Le vide se produisant dans la chambre d'entrée peut être contrôlé, par exemple, par un appareil de mesure disposé dans l'arrivée du tube d'entrée 11, non représenté sur le dessin. Le liquide à centrifuger arrivant des orifices d'é- vacuation 20 dans la chambre antérieure 21 passe de là, par les orifices 22, dans les canaux de montée 23 du jeu d'assiettes 4 o s'effectue généralement la séparation des liquides. Tan- dis que la phase liquide spécifiquement légère est guidée par le canal 15 dans la chambre de turbinage 14 et est évacuée sous pression par le disque de turbinage 12 qui s'y trouvela phase liquide spécifiquement plus lourde s'écoule vers la pé- riphérie du bol et elle est guidée par les canaux 17 dans la chambre de turbinage 16 d'o elle est évacuée, également sous pression, au moyen du disque de turbinage 13 qui s'y trouve. Les disques de turbinage disposés dans les chambres de turbi- nage et plongeant dans le liquide en rotation empêchent l'en- trée dans la chambre d'entrée de l'air provenant de l'atmos- phère extérieure du bol. On empêche ainsique de l'air se mélange au liquide à centrifuger pénétrant dans la chambre d'entrée 18. Dans le bol de centrifugeuse auto-débourbeur repré- senté dans l'exemple, les matières solides centrifugées dans la chambre de séparation s'accumulent dans la chambre à matiè- res solides 3 d'o elles sont évacuées de façon connue par des vidages partiels ou totaux. A cet effet, la chambre de ferme- ture 27 remplie de liquide de fermeture en-dessous du piston mobile 7 est vidée, et pour celaun clapet à action centrifuge 28, par exemple, disposé dans l'enveloppe 9 du bol, est déclen- ché par un liquide de commande par l'intermédiaire d'une cana- lisation d'arrivée 29, du canal annulaire 30 et du canal 31, et libère le canal 32 partant de la chambre de fermeture 27 pour vider celle-ci. Sous l'effet de la pression du liquide s'établissant dans la chambre de séparation et la chambre à matières solides, le piston mobile 7 est déplacé dans sa posi- tion axiale inférieure, de sorte que les orifices de décharge 8 sont dégagés pour décharger les matières solides. Pour l'opération de fermeture, du liquide de ferme- ture est à nouveau amené par la canalisation d'arrivée 33, le canal annulaire 34 et le canal 35,à la chambré de fermeture 27. Le traitement en douceur du liquide, en évitant la formation d'un vide poussé, ainsi que la réduction de la rup- ture ou de l'éclatement des gouttelettes de liquide individu- elles, permettent d'obtenir un plus grand rendement de sépara- tion pour une grandeur déterminée de la centrifugeuse, ou bien on peut réduire la vitesse de rotation du bol de centrifugeuse. Sur la Fig. 2, des orifices d'évacuation 20' à l'ex- trémité de la chambre d'entrée 18' sont disposés en fonction du nombre des canaux de montée 23 dans le jeu d'assiettes 4; de ces orifices partent respectivement des organes dDétranglement 26' dans l'organe de distribution 5, qui sont constitués par un conduit de bifurcation 37,de forme conique en direction du côté d'évacuation, réalisé dans un petit tube 36 3 le conduit de bifurcation comporte respectivement deux orifices d'écoulement 38 et 39 qui débouchent dans une chambre antérieure 21' asso- ciée aux canaux de montée 23; la section transversale de la chambre antérieure correspond sensiblement à la section trans- versale des orifices 40 constituant les canaux de montée 23 dans les différentes assiettes 41 du jeu d'assiettes 4. L'ori- fice d'écoulement 39 dans le canal de bifurcation 37, situé près de l'axe du bol, a une section transversale plus petite que l'orifice d'écoulement 38 situé plus loin vers l'extérieur; l'orifice d'écoulement 39 plus petit se trouve sur un plus petit diamètre du bol que l'arête intérieure 42 des canaux de montée 23. Au voisinage de l'orifice d'écoulement 39 est pré- vue, dans la chambre antérieure 21', l'entrée du conduit de mise à l'air libre 25' qui débouche dans un canal annulaire 24 placé avant la chambre d'entrée 18'. La réalisation du bol de centrifugeuse représenté sur la Fig. 2 correspond à celle de la Fig. 1 pour toutes les autres caractéristiques. Mode de fonctionnement du bol de centrifugeuse de la Fig. 2 Le liquide à centrifuger et à séparer est amené au bol de centrifugeuse, comme décrit en se rapportant à la Fig.1, par le tube d'entrée central 11, il s'écoule dans la chambre d'entrée 18' o s'établit une pression plus élevée dans la zone inférieure de la chambre d'entrée, avant les-orifices d'évacua- tion 20', de-sorte que le liquide à centrifuger peut s'écouler en douceur et sans à-coups dans le canal de bifurcation 37 réalisé sous forme d'organe d'étranglement 26'. Afin que le liquide sous pression dans les canaux de bifurcation 37 ne subisse pas une soudaine chute de pression et que les goutte- lettes de liquide n'éclatent pas, les canaux de bifurcation37 sont coniques de sorte que la pression du liquide diminue len- tement jusqu'à l'entrée du liquide dans la chambre antérieure 21' et qu'il se dégage très peu de gaz combiné au liquide. Alors que le liquide à centrifuger pénètre principalement par l'orifice d'écoulement 38 dans la chambre antérieure 21' et ensuite dans les canaux de montée 23, le gaz éventuellement libéré par le liquide dans les canaux de bifurcation 37 s'é- chappe par l'orifice d'écoulement 39 dans la chambre antérieure 21', puis par le canal de mise à air libre dans la chambre annu- laire 24. Le gaz éventuellement accumulé dans cette chambre annulaire est à nouveau entraîné du fait de l'effet d'injec- teur, par le liquide sortant du tube d'entrée il et pour la plus grande partie, il se dissout à nouveau. Du fait que l'o- rifice d'écoulement 39 est disposé près de l'orifice d'entrée du canal de mise à air libre 25' et qu'il se trouve sur un diamètre plus petit que l'arête intérieure 42 du canal de montée 23, le gaz à nouveau dégagé ne s'écoule pas dans le jeu d'assiettes, ce qui aurait une incidence défavorable sur la séparation des liquides, mais directement de la chambre antérieure 21' dans le canal de mise à air libre 25'. Du fait de la détente de la pression des liquides dans les canaux de bifurcation 37, il peut se former dans ce canal une poche de gaz qui constitue un étranglement supplé- mentaire monté en série par rapport aux emplacements d'étran- glement existants. La taille de cette poche de gaz augmente avec la diminution du rendement, accroit automatiquement son propre effet d'étranglement et compense ainsi la diminution de l'effet des étranglements fixes, de sorte que la résis- tance totale reste telle que le degré de remplissage de la chambre d'entrée reste pratiquement constant et qu'il ne se produit pas d'effet d'injecteur inacceptable, donc qu'il ne se forme pas de vide. Au contraîre, un courant de liquide continu est maintenu le long de la poche d'air. Grâce à l'agencement de l'invention, le courant de liquide est traité en douceur et sans à-coups jusque dans les canaux de montée. REVENDICATIONS ) Bol de centrifugeuse pour clarifier et séparer des liquides à centrifuger, comportant un ou plusieurs dispo- sitifs de turbinage pour dévier les liquides clarifiés ou sé- parés, un tube d'entrée fixe qui s'étend dans une chambre d'entrée cylindrique lisse, solidaire du bol et tournant avec celui-ci, en traversant une ouverture légèrement plus grande que le tube d'entrée, et des orifices d'évacuation partant de la chambre d'entrée et débouchant dans une chambre antérieure reliée, d'une part par des conduits d'aération à une chambre annulaire disposée avant la chambre d'entrée, et d'autre part à des canaux de montée du jeu d'assiettes placé dans le bol de centrifugeuse, caractérisé en ce que la chambre d'entrée (18, 18') est étanche par rapport à l'atmosphère extérieure; en ce que la distance entre la sortie du tube d'entrée (11) et l'entrée des orifices d'évacuation (20, 20') dans la chambre d'entrée correspond au moins au triple du diamètre intérieur de la chambre d'entrée; en ce que la section transversale totale des orifices d'évacuation est plus petite que la sec- tion de la chambre d'entrée, et plus grande que la section du tube d'entrée; en ce que les orifices d'évacuation comportent un ou plusieurs organes d'étranglement (26, 26'), de sorte que pendant le fonctionnement une pression de liquide accrue s'é- tablit dans la zone inférieure de la chambre d'entrée avant les orifices d'évacuation; et en ce que la chambre d'entrée peut être maintenue pratiquement remplie de liquide à centri- fuger. ) Bol de centrifugeuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'entrée (18, 18') est étan- che par rapport à l'atmosphère extérieure grâce à des disques de turbinage (12, 13) plongeant dans le liquide en rotation. ) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre inté- rieur de la chambre d'entrée (18, 18') est environ 1,4 fois plus grand que le diamètre intérieur du tube d'entrée (11). 40) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vitesse d'écou- lement du liquide à centrifuger amené est d'au moins 5 m/s dans le tube d'entrée (11). - 2481613 ) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que on place en tant qu'organe d'étranglement (26) dans la chambre d'entrée (18) un piston réglable de l'extérieur du bol pendant le fonction- nement de celui-ci et qui recouvre les orifices d'évacuation (20). ) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un orifice d'éva- cuation (20, 20') est associé à chaque canal de montée (23) dans le jeu d'assiettes (4) du bol de centrifugeuse. ) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'à chaque orifice d'évacuation (20') est associé en tant qu'organe d'étrangle- ment (26') un canal de bifurcation fermé individuel (37), et que le canal de bifurcation comporte des orifices d'écoulement (38, 39) qui débouchent dans une chambre antérieure (21') associée chaque fois aux canaux de montée (23). 8 ) Bol de centrifugeuse selon la revendication 7, caractérisé en ce que le canal de bifurcation (37) comporte un rétrécissement en direction du côté évacuation. ) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le canal de bi- furcation (37) comporte deux orifices d'écoulement (38,39) en direction de la chambre antérieure (21). 100) Bol de centrifugeuse selonl'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'orifice d'écou- lement (39) situé plus près de l'axe du bol a une section transversale plus petite que l'orifice d'écoulement (38) situé plus loin à l'extérieur en direction de la périphérie du bol. 110) Bol de centrifugeuse, selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que-l'orifice d'écoulement plus petit (39) se trouve sur un plus petit dia- mètre du bol que l'arête intérieure (42) des canaux de montée (23) du jeu d'assiettes (4). 120) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que l'orifice d'en- trée du canal de mise à air libre (25') est placé au voisinage de l'orifice d'écoulement plus petit (39). ) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que le canalde mise à air libre (25') part de la chambre antérieure (21'). 14 ) Bol de centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que la section transversale de la chambre antérieure (21') correspond sen- siblement à la section transversale des orifices (40) formant les canaux de montée (23) dans les assiettes individuelles (41) du jeu d'assiettes (4).