Brevet FR2477905A1 — publié le 19810918

L'invention concerne une centrifugeuse à bol plein à vidage automatique pour la séparation de corps de densité différente, en particulier pour la séparation de mélanges solides-liquides, dont le tambour est formé d'un récipient séparateur réalisé en une ou plusieurs pièces et symétrique en rotation à la circonférence duquel est pré- vue, pour l'extraction des corps lourds séparés, au moins une ouverture de sortie, en particulier sous la forme d'un interstice annulaire, laquelle est fermée ou ouverte par un tiroir annulaire placé extérieurement qui est relié à une chambre de pression disposée entre le tiroir annulai- re et le récipient séparateur. Dans une centrifugeuse à bol plein à vi- dage automatique comme celle qui est par exemple décrite et représentée dans le brevet US 3 823 868,. le tiroir annu- laire est déplacé dans le sens de fermeture, donc l'ouvertu- re de sortie est maintenue fermée, par la force élastique d'un élément de ressort, tandis que c'est par une intro- duction de liquide dans une chambre de pression ouverte vers l'extérieur, que le tiroir annulaire se déplace dans le sens d'ouverture contre la force élastique de l'élément de ressort et que l'ouverture de sortie s'ouvre. Dans la paroi du tambour de la centrifugeuse sont prévues des ouvertures en forme de buse par lesquelles le liquide peut s'échapper de la chambre de pression vers l'extérieur. Il s'ensuit que le tiroir annulaire ne peut être déplacé dans le sens d'ou- verture contre la force élastique que pendant le fonction- nement de la centrifugeuse. Selon le mode de réalisation de la centrifugeuse, donc selon que c'est l'ouverture ou la fermeture qui s'effectue par force élastique,le tiroir annulai- re se trouve en position ouverte au en i-osition fermée lors du démarrage ou lors de l'arrêt de la centrifugeuse. Par suite, ou bien le tambour se vide sans qu'on le veuille, ou bien il reste rempli. Il n'est pas possible non plus de commander le fonc- tionnement du tiroir annulaire quand la centrifugeuse est à l'arrêt. En outre, dans cette centrifugeuse connue, du fait de la chambre de pression ouverte vers l'extérieur et de la lenteur de l'écoulement du liquide hors de la cham- bre de pression à travers les ouvertures en forme de buse de la paroi, le mouvement du tiroir annulaire et donc l'ouverture et la fermeture de l'ouverture de sortie sont ralentis notablement. Or, cela a des effets très désavan- tageux sur l'extraction des corps séparés. En outre, on ne peut pas contrôler le déroulement effectif du mouve- ment ni la position du tiroir annulaire et la largeur ré- sultante de l'ouverture de sortie du tambour en rotation. Par suite, on ne sait jamais exactement quand l'ouverture de sortie est entièrement ouverte ni à quel moment elle est fermée par le tiroir annulaire. Par conséquent, dans cette centrifugeuse connue, le mouvement du tiroir annu- laire, et donc l'ouverture et la fermeture -de l'ouverture de sortie ne dépendent pas seulement de l'état de fonc- tionnement, mais encore du mélange de solide et de liquide qui se trouve dans le tambour et de la pression qui lui est appliquée par la force centrifuge. Par suite, comme on l'a déjà dit, ce mouvement est très difficile à con- trôler quand la centrifugeuse fonctionne et il est impossi- ble à contrôler à l'arrêt. En outre, par le brevet allemand No 294 381, on connait une centrifugeuse dans laquelle le tiroir annu- laire peut être déplacé dans le sens de fermeture et dans le sens d'ouverture à l'aide de plusieurs vérins doubles disposés dans le fond du récipient séparateur. Ce dispo- sitif connu pour le mouvement du tiroir annulaire est très compliqué et coûteux. L'invention a pour but de fournir un dispo- sitif qui permette, de façon particulièrement simple, de faire coulisser très rapidement le tiroir annulaire d'une centrifugeuse, indépendamment de l'état de fonctionnement, avec possibilité de réglage continu et avec une force de poussée variable. Ce problème est résolu parune chambre de pression agissant dans le sens de fermeture du tiroir annu- laire et communiquant par un tuyau avec un dispositif de commande situé hors de la centrifugeuse et commandant l'afflux de l'agent de pression à la chambre de pression ou l'écou- lement de l'agent de pression hors de la chambre de pression et donc le processus de fermeture et d'ouverture du tiroir annulaire, un élément de pression, en particulier un ressort, étant prévu entre le tiroir annulaire et le récipient sé- parateur pour assister le processus d'ouverture du tiroir annulaire. Dans la centrifugeuse conçue selon l'in- vention, le tiroir annulaire est déplacé par l'agent de pression dans le sens de fermeture seulement, tandis que.le mouvement du tiroir annulaire dans le sens d'ouverture est assuré par l'élément de pression disposé entre le tiroir annulaire et le récipient séparateur. De cette manière, le mouvement du tiroir annulaire et donc l'ouverture et la fermeture de l'ouverture de sortie ou de l'interstice annu- laire peuvent être assurés très avantageusement en un temps extrêmement court (moins de 0,1 s). En outre, ceci permet aussi, très avanta- geusement de faire varier à volonté la force de fermeture et donc la pression de poussée de l'arête d'étanchéité du ti- roir annulaire ou la régler de façon continue et optimale pour chaque état de fonctionnement. Cela permet donc aussi très avantageusement de régler la force de fermeture du tiroir annulaire de façon telle que, pour un remplissage prédéterminé du tambour, la pression d'ouverture prédomine et qu'il se produise un vidage automatique, de sorte que l'on évite d'appliquer un effort excessif au tambour. Grâce aux mesures selon l'invention, on peut très avantageusement exercer à tout moment, de l'extérieur et indépendamment de l'état de fonctionnement, une influence sur le déroulement du mouvement du tiroir annulaire et régler l'ouverture de sortie ou l'interstice annulaire à une largeur plus ou moins grande selon les besoins. Cela permet en cas de besoin d'aug- menter ou de diminuer plus ou moins l'extraction des corps lourds séparés dans le tambour et donc de l'adapter de façon optimale aux corps ou aux mélanges de solide et de liquide qu'il s'agit de séparer dans la centrifugeuse et aux nécessités du procédé. Selon un mode d'exécution avantageux de l'invention,la chambre de pression est disposée dans la région centrale, proche de l'axe de rotation, entre le fond du tiroir annulaire et le fond du récipient sépara- teur. De cette manière, on peut donner à la chambre de pression une dimension relativement petite, ce qui favo- rise l'effet, c'est-à-dire une fermeture très rapide et une ouverture tout aussi rapide de l'interstice annulaire par le tiroir annulaire. L'avantage d'une telle chambre de pression est que les quantités d'agent de pression dont on a besoin et qu'il faut déplacer sont très petites et que l'on obtient un mouvement rapide du tiroir annulaire. Selon un autre mode d'exécution, le dispo- sitif de commande est formé très avantageusement d'au moins un distributeur disposé sur la canalisation ainsi que d'un élément doseur du volume d'agent de pression qui coopère avec le distributeur. A l'aide de ces éléments, on peut effectuer de façon particulièrement simple et économique le mouvement du tiroir annulaire et donc l'ouverture et la fer- meture de l'ouverture de sortie. L'élément doseur de volume est formé très avantageusement d'un vérin à double effet dont la tige de piston coopère d'un côté avec une butée réglable. A l'aide de cette butée, on peut très avantageusement régler de façon continue et précise l'ouverture de sortie à la lar- geur nécessaire ou désirée dans chaque cas. Selon un autre mode d'exécution avantageux, dans la paroi du cylindre du vérin à double effet est dis- posé un palpeur de fin de course de la tige de piston. A l'aide du palpeur de fin de course, on peut très avantageuse- ment contrôler la largeur de l'ouverture de sortie et aussi les mouvements d'ouverture et de fermeture du tiroir annulaire. D'autres détails, caractéristiques et avan- tages de l'invention apparaîtront dans la description ci- après, concernant une centrifugeuse à bol plein à vidage automatique avec dispositif de commande, représentée sché- matiquement en coupe longitudinale par le dessin. Dans la centrifugeuse représentée par le dessin, le tambour se compose d'une partie inférieure 1 et d'une partie supérieure 2 reliées entre elles par des boulons 3. Les deux parties forment une chambre de sépara- tion en double cône 4, symétrique en rotation, dans laquelle est disposé au centre un répartiteur 5 muni d'un empilement de plateaux 6. En haut et au centre est prévu un tube d'ame- née 7 destiné aux corps à séparer et qui se termine en un point espacé au-dessus du fond de la partie inférieure 1. La partie inférieure 1 du tambour est entou- rée d'un tiroir annulaire 8 ainsi que d'un anneau de gui- dage 9, formé d'une matière élastique telle que le caout- chouc etc..., disposé entre le tiroir annulaire 8 et la par- tie inférieure 1 et assurant en même temps l'étanchéité de l'espacement entre la partie inférieure 1 et le tiroir annulaire 8. Le tiroir annulaire 8 est relié par son bord inférieur à une partie de fond il. Le bord supérieur du tiroir annulaire 8 et le bord inférieur de la partie supé- rieure 2 forment ensemble à la circonférence un interstice annulaire S2 pour l'extraction des corps lourds séparés. Cet interstice annulaire S2 est représenté du côté gauche du dessin en position ouverte et du côté droit en position fermée. La partie de fond il du tiroir annulaire 8 est d'autre part guidée et mobile axialement sur un moyeu 12 prévu au centre de la partie inférieure 1. En dessous de ce moyeu 12 est fixé un couvercle annulaire 13. Entre la partie de fond il et le côté inférieur de la partie inférieure 1 sont dis- posés un ou plusieurs ressorts Belleville 13'. En outre, entre la partie de fond 11, le moyeu 12 et le couvercle 13 se trouve une chambre de pression annulaire 14 de dimension relativement petite qui est fermée de façon étanche par des anneaux d'étanchéité a et b aussi bien vers l'extérieur (en bas) que vers 1 'intérieur (en haut). Cette chambre de pression 14 communique, par des perforations relativement grandes 15 du moyeu 12 et par la perforation 16 de l'arbre d'entraînement de tambour 17, avec un tuyau hydraulique dispo- sé hors de la centrifugeuse. Entre l'arbre d'entraînement de tambour 17 et le tuyau hydraulique fixe 18 est prévu un passage tournant non représenté plus précisément. Le tuyau hydraulique 18 communique de son côté, par l'inter- médiaire d'undébitmètre 19 et de tuyaux de branchement 30, 40, avec un dispositif de commande essentiellement formé de distributeurs à plusieurs voies 26, 29 et d'un élément doseur de volume 31. Pour l'alimentation de la chambre de pres- sion 14 en liquide hydraulique est prévue une pompe 20 qui aspire du liquide d'un récipient 21 et le refoule dans le tuyau 22 raccordé au distributeur 26. Le tuyau 22 communique avec un limiteur de pression réglable 23, un manomètre 24 et - un accumulateur de pression 25. Le distributeur 26, dans la position 0 représentée, relie le tuyau 27 par le raccorde- ment A au tuyau de reflux 28. Par contre, dans la position I, le tuyau de pression 22 est relié au raccordement A et donc au tuyau 27. Le tuyau 27 raccordé au distributeur 29 est relié, dans la position O représentée, au tuyau 30 relié au raccordement B et qui se raccorde au tuyau hydraulique 18. Quand le distributeur 29 est dans la position I, les tuyaux 27 et 30 sont isolés l'un de l'autre. L'élément doseur de volume 31 se compose d'un vérin à double effet 32, 33 dont la tige de piston 34 est en coopération d'un côté (à droite) avec une butée réglable 37. Le mouvement du piston 33 est limité d'une part par une butée de la joue 35 et d'autre part par la joue de guidage de tige de piston 36. Lorsque la position finale de la tige de piston 34 et donc du piston 33 est atteinte, elle est détectée par un palpeur de fin de course 38 disposé dansla -proi du cylindre de l'élément doseur de volume 31 et dont le si- gnal peut servir à d'autres impulsions de commande. La cavité de pression située entre le piston 33 et la joue 35 com- munique par un tuyau 39 avec le tuyau 27 tandis que la cavité de pression située du côté de la tige de piston communique par le tuyau 40 avec le tuyau 18. On expliquera plus précisément le mode de fonctionnement de la centrifugeuse à bol plein à vidage automatique représentée et du dispositif de commande dis- posé hors de la centrifugeuse, à propos des états de fonc- tionnement ou positions de course suivants 1. Interstice annulaire entièrement ouvert. Dans cet état de fonctionnement, les distri- buteurs 26 et 29 sont dans la position O, c'est-à-dire que les aimants d'actionnement ne sont pas en action et que les distributeurs ont été amenés à-cette position par des res- sorts de rappel. La chambre de pression 14, communiquant par les perforations 15, 16 et les tuyaux 18, 30, 27 et 28 avec le récipient 21, est dépourvue de pression ou en position de reflux. Le tiroir annulaire 8 est déplacé vers le bas par le ressort 13' et par la pression intérieure régnant dans la chambre de séparation 4 et ainsi, l'ouverture de l'in- terstice annulaire S2 est libérée. Etant donné le petit volume de la chambre de pression 14 et la section libre re- lativement grande des tuyaux hydrauliques, le mouvement du tiroir annulaire et donc l'ouverture de l'interstice annu- laire s'effectuent en un temps extrêmement court. Les corps séparés, accumulés dans la chambre de séparation 4 de la centrifugeuse sortent par l'interstice annulaire S2 et sont recueillis dans une enveloppe non représentée, entourant le tambour de la centrifugeuse. Grâce au ressort 13' disposé entre le tiroir annulaire 8 et la partie inférieure 1, on arrive très avantageusement à refouler complètement le li- quide hors de la chambre de pression 14 et donc à ouvrir complètement l'interstice annulaire. De cette manière, très avantageusement, on peut ouvrir et fermer le tambour même 24-77905 à l'arrêt et on peut vérifier exactement, avant la mise en service, l'aptitude au fonctionnement du tiroir annulaire. 2. Interstice annulaire fermé. Dans cet état de fonctionnement, par mise en action de l'aimant d'actionnement, le distributeur 26 est amené à la position I. La chambre de pression 14 est ali- mentée en liquide hydraulique. Le tiroir annulaire 8 est déplacé vers le haut en une fraction de seconde, avec un retard minimal et poussé contre le bord inférieur de la partie supérieure 2 du tambour, l'interstice annulaire S2 se fermant (voir côté droit du dessin). Les corps à séparer, par exemple des mélanges de liquide. et de solide, sont amenés d'en haut à la centri- fugeuse par le tube d'amenée 7. Le mélange de solide et de liquide arrive, à travers l'intérieur du répartiteur 5, dans la chambre de séparation 4 o s'effectue, sous l'action des forces centrifuges, une séparation entre les corps lourds et les corps légers. Les corps lourds se rassemblent dans la région extérieure de la chambre de séparation en double cône 4 tandis que le liquide débarrassé des corps lourds se meut vers l'intérieur et vers le haut dans la direction de l'axe de la centrifugeuse et est extrait par des sorties non représentées plus précisément. La pression de liquide qui règne dans la chambre de séparation 4 agit alors sur la surface intérieure annulaire du tiroir annulaire 8. Par suite, une force relativement grande agit sur le tiroir annulaire 8 dans le sens de l'ouverture. Cette force est transmise par le tiroir annulaire au liquide hydraulique qui se trouve dans la chambre de pression 14. Si mainte- nant pour des raisons de sécurité il faut que le tambour se vide automatiquement des solides ou liquides accumu- lés, on règle simplement la pression de fermeture, par le limiteur de pression 23, de façon telle que la force de fermeture du tiroir annulaire soit un peu inférieure à la force d'ouverture correspondant à la pression d'ouver- ture engendrée par les solides ou liquides accumulés, l'épaisseur de couche des solides ou liquides accumulés étant proportionnelle à la pression d'ouverture. On est ainsi assuré que l'application d'un effort excessif au tambour sera évitée. Dans le cas o il faut vider com- plètement le tambour, une impulsion de mise hors d'action du distributeur 26 est déclenchée de façon simple par l'in- termédiaire de la pression mesurée par le manomètre 24 et à l'aide du ressort 13', le liquide hydraulique est amené à s'écouler hors de la chambre de pression 14 et l'intersti- ce annulaire S2 est immédiatement libéré. De cette manière, non seulement on peut déplacer le tiroir annulaire indé- pendamment de l'état de fonctionnement de la centrifugeuse et pratiquement sans retard - dans le sens de fermeture ou d'ouverture selon les besoins mais encore, grâce aux mesures prévues par l'invention, on peut aussi déterminer les épaisseurs de couche des corps lourds ou des liquides qui s'accumulent dans chaque cas dans la chambre de sépara- tion. D'autre part, selon l'exemple d'exécution de l'inven- tion, le mouvement de fermeture du tiroir annulaire est assisté efficacement par la présence de l'accumulateur de pression hydraulique 25. 3. Interstice annulaire ouvert seulement en partie. Quand l'interstice annulaire est fermé, les chambres de pression de l'élément doseur de volume 31, de part et d'autre du piston 33, sont alimentées en liquide de pression par les tuyaux 39 et 40. Etant donné que, du côté de la tige de piston, la surface de pression est di- minuéede la section de la tige de piston 34, le piston 33 et donc la tige de piston 34 coulissent vers la droite dans le cylindre 32, jusqu'à la butée 37, dans la mesure de la longueur S1 établie dans le cas d'espèce. On amorce l'ou- verture partielle de l,'interstice annulaire en mettant le distributeur 29 dans la position I et le distributeur 26 dans la position 0. La chambre de pression située entre le piston 33 et la joue 35 et reliée par le tuyau 39 et le distributeur 26 au tuyau de reflux 28 est ainsi privée de pression. Etant donné que le tuyau 30 est fermé par le dis- tributeur 29, la pression hydraulique qui règne dans la chambre de pression 14 agit, par les tuyaux 18 et 40, sur la chambre de pression située du côté de la tige de piston. Par suite, le piston 33 est déplacé vers la gauche dans la mesure de la longueur S1 jusqu'à buter contre la joue 35. Le déplacement de volume qui se produit ainsi dans la cham- bre de pression située du côté de la tige de piston est com- pensé par des quantités qui affluent de la chambre de pres- sion 14. Le tiroir annulaire 8 est déplacé vers le bas par le ressort 13' et la pression intérieure qui règne dans le tam- bour, conformément au volume libéré et libère l'interstice d'ouverture S2 dont la hauteur est proportionnelle à la course S1 établie sur l'élément doseur de volume 31. Lorsqu'on veut vider partiellement la chambre de séparation 4, on y parvient par une nouvelle commutation des distributeurs, amorcée immédiatement ou avec un court retard qui peut être choisi, par l'intermédiaire du pal- peur de fin de course 38. Les distributeurs 26 et 29 sont amenés automatiquement à l position qui correspond à la fer- meture du tiroir annulaire. 1 Une autre possibilité de vidage cQnsiste à mainte- nir l'interstice annulaire S2 légèrement ouvert, en permanen- ce ou de façon prolongée, l'interstice annulaire étant juste assez grand pour que les corps lourds séparés dans la cham- bre de séparation 4 s'accumulent devant l'interstice annu- laire et par suite, ne laissent sortir par l'étroit inters- tice annulaire que la quantité chaque fois permise. La course S1 de l'élément doseur de volume, correspondant à l'interstice annulaire S2' peut aussi être détectée très avantageusement par un transmetteur de me- sure de course, remplaçant le palpeur de fin de course 38, et être utilisée pour commander l'interstice annuaire S2. Cela permet d'adapter continuellement, de façon continue et particulièrement précise, la largeur de l'interstice annu- laire aux corps qu'il s'agit de séparer. En outre, on peut contrôler et interpréter aussi les mouvements du tiroir annulaire à l'aide du débitmètre 19. D'autre part, le dis- positif de commande selon l'invention permet de déterminer exactement la pression instantanée dans le tambour. L'objet de l'invention n'est pas limité à l'exem- ple d'exécution représenté par le dessin. Ainsi par exemple, les mesures selon l'invention peuvent aussi s'appliquer très avantageusement à des centrifugeuses qui présentent des fentes ou des perforations au lieu d'un interstice annulaire ou dans lesquelles, au lieu de ressorts Belleville, d'autres éléments de ressort sont disposés entre la partie inférieure 1 et la partie de fond il du tiroir annulaire 8. Egalement en ce qui concerne la disposition et la constitu- tion du dispositif de commande, on peut encore imaginer d'au- tres possibilités qui restent dans le cadre de l'invention. Ainsi par exemple, les deux distributeurs 26 et 29 peuvent aussi être réunis en un seul, etc... R E V E N D I C A T I O N S 1.- Centrifugeuse à bol plein à vidage automa- tique pour la séparation de corps de densité différente, en particulier pour la séparation de mélanges solides-liqui- des, dont le tambour est formé d'un récipient séparateur réalisé en une ou plusieurs pièces et symétrique en rotation à la circonférence duquel est prévue, pour l'extraction des corps lourds séparés, au moins une ouverture de sortie, en particulier sous la forme d'un interstice annulaire, laquelle est fermée ou ouverte par un tiroir annulaire placé extérieu- rement qui est relié à une chambre de pression disposée entre le tiroir annulaire et le récipient séparateur, centrifugeuse caractérisée par une chambre de pression (14) agissant dans le sens de fermeture du tiroir annulaire (8) et communi- quant par une canalisation (15, 16, 18) avec un dispositif de commande (26, 29, 31) situé hors de la centrifugeuse et commandant l'afflux de l'agent de pression à la chambre de pression (14) ou l'écoulement de l'agent de pression hors de la chambre de pression (14). et donc le processus de ferme- ture et d'ouverture du tiroir annulaire (8), un élément de pression, en particulier-un ressort (13'), étant prévu entre le tiroir annulaire (8) et le récipient séparateur (1) pour assister le processus d'ouverture du tiroir annulaire (8). 2.- Centrifugeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de pression (14) est dis- posée dans la région centrale proche de l'axe de rotation, entre le fond (11) du tiroir annulaire (8) et le fond du récipient séparateur (1). 3.- Centrifugeuse selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le dispositif de commande est formé d'au moins un distributeur (26, 29) disposé sur la canalisation (18, 27, 30) ainsi que d'un élément doseur (31) du volume d'agent de pression qui coopère avec le distribu- teur (26, 29). 4.- Centrifugeuse selon l'une quelconque des re- vendicatbns 1 à 3, caractérisée en ce que l'élément doseur de volume (31) est formé d'un vérin à double effet (32, 33) dont la tige de piston (34) coopère d'un côté avec une butée réglable (37). 5.- Centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractériséeen ce que dans la paroi du cylindre du vérin à dable effet (32, 33) est disposé un palpeur de fin de course (38) pour la tige de piston (34).