Brevet FR2505206A1 — publié le 19821112

-1 505206 Bol centrifuge à vidange automatique. La présente invention concerne un bol centrifuge à vidange automatique destiné à la clarification et à la sé- paration de fluides soumis à centrifugation, comprenant un piston-tiroir mobile en direction axiale pour ouvrir et fermer des ouvertures d'éjection sur la périphérie de l'en- veloppe du bol en vue de l'extraction de matières solides centrifugées, le piston-tiroir étant limité sur son côté suéprieur par la chambre à matières solides et comprenant sur son côté inférieur une chambre de fermeture destinée à recevoir un fluide de fermeture, l'amenée du fluide de ferme- ture s'effectuant par l'intermédiaire d'une canalisation reliée à la chambre de fermeture et une soupape actionnée par la force centrifuge et commandée par un fluide de com- mande étant montée dans l'enveloppe du bol pour le processus de vidage de la chambre de fermeture, ladite soupape action- née par la force centrifuge étant reliée à la chambre de fermeture par l'intermédiaire d'une canalisation de vidage partant de l'extrémité externe de la chambre de fermeture. Un bol centrifuge du type mentionné est connu par exemple par le brevet allemand DE-P 524 36 285, ce bol permettant d'effectuer des vidanges dites partielles ou tota- les à l'aide du piston-tiroir mobile en direction axiale et en fonction du fluide de fermeture et des matières solides projetées par la force centrifuge Une partie ou la totali- té des matières contenues dans le bol est alors expulsée par des ouvertures d'éjection prévues à la périphérie du bol. Pour que l'éjection des matériaux remplissant le bol et en particulier les matières solides qui sont pro- jetées par la force centrifuge dans la partie externe de la chambre qui leur est réservée, soit régulière, il faut qu'il y ait d'une part une ouverture rapide d'un important espace d'ouverture entre le piston-tiroir et l'endroit du couver- cle du bol o est située la garniture d'étanchéité, et d'au- tre part une nouvelle fermeture rapide du piston-tiroir, en particulier quand il s'agit de vidanges partielles Pour qu'il soit possible d'obtenir un interstice d'ouverture de même importance dans le bol aussi bien quand il s'agit de vidanges partielles que de vidanges totales, il faut que la totalité du fluide de fermeture soit chaque fois expulsée de la chambre de fermeture et que cette chambre de fermeture soit à nouveau remplie à une vitesse appropriée de fluide de fermeture en fonction du degré de vidange du bol que l'on désire. Il est vrai qu'avec les bols centrifuges connus, une vidange totale et rapide des matières remplissant le bol est possible en prévoyant un interstice d'ouverture important pour le piston- tiroir, mais les vidanges partielles ne sont pas précises, car il est impossible de remplir à nouveau la chambre de fermeture de fluide de fermeture d'une façon ré- gulière et à une vitesse appropriée Dans ce cas, le fluide de fermeture est envoyé par un dispositif d'amenée dans une chambre annulaire pratiquée dans la région axiale de l'enve- loppe du bol et refoulé de cet endroit dans la chambre de fermeture par l'intermédiaire de canalisations, ce qui s'ef- fectue toujours avec un certain retard du fait que le fluide de fermeture qui est envoyé pratiquement sans pression dans le bol centrifuge doit d'abordêtre accéléré et soumis à une pression. C'est pour les raisons qui viennent d'être men- tionnées que de nombreux bols centrifuges à vidange automati- que sont constitués seulement pour des vidanges totales, alors que d'autres ne sont constitués que pour des vidanges partielles des matières contenues dans le bol. Mais comme les bols centrifuges à vidange auto- matique sont utilisés dans de nombreuses applications, on connaît maintenant des bols centrifuges au moyen desquels il est possible de réaliser aussi bien des vidanges totales que des vidanges partielles et régulières. C'est ainsi qu'on connaît par le brevet allemand DE-PS 20 48 429 un bol centrifuge comprenant une chambre de fermeture constituée par deux compartiments, cette chambre étant située également entre le pistontiroir et la partie avoisinante du bol et étant remplie avant le début de la cen- trifugation d'un fluide de fermeture Chaque compartiment de la chambre de fermeture est relié à une soupape actionnée par la force centrifuge et commandée par un fluide en vue de l'expulsion du fluide de fermeture Quand il s'agit de vidan- ges partielles, seul du fluide de fermeture provenant du com- partiment interne ou du compartiment externe est expulsé à l'aide de la soupape actionnée par la force centrifuge, alors que lorsqu'il s'agit de vidanges totales, les deux comparti- ments sont simultanément vidés du fluide de fermeture, les deux soupapes actionnées par la force centrifuge devant alors s'ouvrir régulièrement, mais ceci n'étant guère possible dans la pratique. C'est pour ces raisons que le brevet allemand DE-PS 27 04 903 a proposé un bol centrifuge à vidange auto- matique comprenant également une chambre de fermeture à deux compartiments et à deux soupapes, le canal de sortie du com- partiment interne de la chambre de fermeture débouchant dans le compartiment externe de cette chambre de fermeture et les soupapes actionnées par la force centrifuge étant disposées dans les canalisations de sortie Du fait de la liaison com- muniquante entre les compartiments de la chambre de fermetu- re, quand la soupape externe actionnée par la force centrifu- ge s'ouvre et quand de ce fait le compartiment externe de la chambre de fermeture s'ouvre également, quand il y a une vi- dange totale, la soupape actionnée par la force centrifuge et associée au compartiment interne de la chambre de fermeture s'ouvre aussi, ce qui fait que le compartiment externe ainsi que le compartiment interne de la chambre de fermeture se vident simultanément et l'un après l'autre du fluide de fer- meture qu'ils contiennent, le résultat étant une ouverture rapide du bol Quand il s'agit de vidanges partielles, ce n'est pratiquement que le compartiment externe de la chambre de fermeture qui est vidé Mais, du fait des longues canali- sations prévues dans ce bol pour le remplissage des comparti- ments de la chambre de fermeture, le processus de fermeture est également relativement lent avec ce type de bol centri- fuge connu. L'objet de l'invention est de proposer un bol centrifuge à vidange automatique qui soit simple et au moyen duquel on puisse réaliser des processus d'ouverture et égale- ment de fermeture rapides aussi bien quand il s'agit de vidanges partielles que de vidanges totales, avec un interstice d'ouverture maximal du piston-tiroir. Ce problème est résolu du fait qu'une autre sou- pape actionnée par la force centrifuge et commandée par un fluide est montée dans l'enveloppe du bol, cette soupape étant reliée par l'intermédiaire de canalisations de liaison à la chambre de fermeture et par l'intermédiaire d'une cana- lisation de liaison à une chambre de réserve prévue dans l'enveloppe du bol, continuellement remplie de fluide de fermeture pendant le fonctionnement du bol centrifuge et soumise à la pression du fluide, et du fait qu'une liaison est établie entre la chambre de fermeture et la chambre de réserve, lors du vidage de la chambre de fermeture, par l'in- termédiaire d'un cône de soupape monté dans la soupape action- née par la force centrifuge et qui s'ouvre. En liaison avec le piston-tiroir connu limité seulement par la chambre à matières solides et la petite chambre de fermeture disposée sur le côté inférieur du pis- ton-tiroir, laquelle est en liaison avec un canal d'amenée plus long mais ne contenant qu'une faible quantité de fluide de fermeture, on obtient d'une part une ouverture brusque quand il y a vidanges partielles ou totales, mais d'autre part également une fermeture rapide grâce à la disposition selon l'invention de la seconde soupape actionnée par la force centrifuge, en liaison avec la chambre de réserve de fluide de fermeture Comme le fluide de fermeture contenu dans la chambre de réserve est soumis à une pression très élevée en rapport avec le diamètre du bol et la vitesse de rotation de ce bol centrifuge, cette pression pouvant attein- dre 25 bars ou plus, la chambre de fermeture se remplit à nouveau, immédiatement pendant ou après le vidage, avec du fluide de fermeture qui est soumis à une pression très élevée Le remplissage de la chambre de fermeture s'effectue automatiquement par l'intermédiaire de la seconde soupape actionnée par la force centrifuge dès que la pression du fluide régnant dans la chambre de fermeture et qui est donc appliqué à la soupape actionnée par la force centrifuge tom- be lorsque le niveau du fluide recule dans la chambre de fer meture Le processus d'ouverture du piston-tiroir se poursuit aussi longtemps que du fluide de fermeture est envoyé à la première soupape actionnée par la force centrifuge. 2505206 Du fait des faibles dimensions de la chambre de fermeture dont le volume est réduit par rapport à celui de la chambre de réserve, le vidage s'effectue rapidement mais le remplissage de la chambre de fermeture s'effectue égale- ment rapidement, ce qui permet d'obtenir toujours un inters- tice d'ouverture maximal du piston-tiroir pendant les proces- sus de vidange, qu'il s'agisse de vidanges partielles ou to- tales. Selon une forme de réalisation préférée, la cana- lisation de liaison allant à la soupape actionnée par la for- ce centrifuge part de la partie périphérique de la chambre de fermeture et débouche dans une chambre de liaison de la soupa- pe actionnée par la force centrifuge prévue sur le côté frontal du cône de soupape. Le canal de liaison qui part de la chambre de fermeture débouche dans une chambre disposée à l'opposé du côté frontal du cône de soupape. La chambre de fermeture peut être remplie de fluide de fermeture par l'intermédiaire d'un canal d'amenée débouchant à l'extrémité interne de la chambre de fermeture. Le canal de liaison qui est en liaison avec la chambre de réserve de fluide de fermeture débouche dans un canal annulaire prévu disposé sur le côté frontal du cône - de soupape. Ce canal annulaire est en liaison avec la cham- bre de liaison lorsque le cône de soupape est ouvert. Quant à la chambre de réserve de fluide de fer- meture, elle est disposée au-dessous de l'enveloppe du bol et limitée sur son côté inférieur par un couvercle de fer- meture fixé à l'enveloppe du bol. La chambre de fermeture et la chambre de réserve peuvent être alimentées en fluide de fermeture par l'inter- médiaire d'un dispositif d'amenée commun et de canalisations annulaires. Le volume de la chambre de réserve de fluide de fermeture est plus important que celui de la chambre de fer- meture. L'invention sera maintenant décrite plus en dé- tail à l'aide d'un exemple de réalisation préféré non limitatif et avec référence au dessin ci-annexé. Sur le dessin, la chambre d'amenée de fluide à centrifuger est indiquée en 1, et partant de cette chambre le fluide à centrifuger parvient par des canalisations 2 dans la chambre à matières solides 3 et dans la chambre de séparation 4 constituée par un jeu de plateaux, o s'effectue de manière connue la clarification ou la séparation du fluide soumis à centrifugation La chambre à matières solides est limitée sur son côté supérieur par le couvercle 5 du bol et sur son côté inférieur par un piston-tiroir 6 monté mobile en direction axiale, et guidé de façon étanche dans l'envelop- pe 7 du bol au moyen de garnitures d'étanchéité 8, 9 En fonctionnement, le piston-tiroir est maintenu dans sa posi- tion supérieure dite de fermeture par la chambre de fermetu- re 10 disposée sur le côté inférieur dudit piston-tiroir et remplie de fluide de fermeture, et au moyen de sa surface frontale qui s'applique contre un anneau d'étanchéité Il monté dans le couvercle 5 du bol, il ferme de façon étanche la chambre à matières solides 3 par rapport à des ouvertures d'éjection 12 prévues dans la partie périphérique de l'enve- loppe 7 du bol en vue de l'expulsion des matières solides accumulées et provenant de la chambre à matières solides 3. La chambre de fermeture 10 est reliée en vue de la vidange et par l'intermédiaire d'un canal de vidage 13 partant de l'extrémité externe de la chambre de fermeture à une soupape 14 actionnée par la force centrifuge et commandée par un fluide, cette soupape actionnée par la force centrifuge étant de son côté reliée par l'intermédiaire d'un canal d'a- menée 15 à un canal annulaire 16 disposé dans la partie axiale de l'enveloppe du bol et auquel peut être envoyé du fluide de commande par l'intermédiaire d'un dispositif d'ame- née 17. Dans l'enveloppe 7 du bol est montée une autre soupape 18 actionnée par la force centrifuge, qui est reliée d'une part à la chambre de fermeture par l'intermédiaire d'une canalisation de liaison 19 partant de la partie périphé- rique de la chambre de fermeture 10 et d'une canalisation de liaison 20 partant de la partie interne de la chambre de fermeture, et qui est reliée d'autre part à une chambre de réserve 22 de fluide de fermeture La chambre de réserve dont le volume est plus important que celui de la chambre de ferme- ture 10 est limitée sur son côté supérieur par l'enveloppe 7 du bol et sur son côté inférieur par un couvercle de ferme- ture 23 qui est fixé de façon étanche à l'enveloppe du bol par l'intermédiaire d'une bague d'étanchéité 24 La-chambre de réserve 22 est de son côté reliée au canal annulaire alors que la chambre de fermeture 10 est reliée au canal annulaire 27 par l'intermédiaire d'un canal d'amenée 26, ce qui fait que la chambre de réserve et la chambre de fermeture peuvent être remplies en même temps de fluide de fermeture par l'in- termédiaire des canaux annulaires 25,-27 et d'un dispositif d'amenée 28. Entre les deux garnitures d'étanchéité 9 montées dans l'enveloppe 7 du bol est prévu un alésage de sécurité 29 dont la fonction, lorsqu'il y a fuite de l'une des garni- tures d'étanchéité 9, est d'éviter le mélange du fluide de fermeture et du fluide soumis à centrifugation. Le bol centrifuge lui-même est fixé et monté de façon rotative sur un axe central 30. Le bol centrifuge fonctionne de la façon suivante: En fonctionnement, les soupapes 14 et 18 action- nées par la force centrifuge étant fermées, la chambre de fermeture 10, le canal 26 et la chambre de réserve 22 sont remplies de fluide de fermeture Le piston-tiroir 6 est dans sa position supérieure et il ferme les ouvertures d'éjection 12. Quand la chambre à matières solides 3 est rem- plie de matières solides et quand il faut effectuer une vi- dange partielle ou totale du bol en fonction de la nature des matières solides ou du fluide soumis à centrifugation, la soupape 14 actionnée par la force centrifuge est soumise à l'action de son fluide de commande qui est envoyé à la soupape par le dispositif d'amenée 17 et par l'intermédiaire du canal annulaire 16 et du canal d'amenée 15 Sous l'effet de la pression exercée par le fluide présent dans le canal d'amenée 15 et dans le canal annulaire 31 de la soupape 14 actionnée par la force centrifuge sur la surface frontale du cône de soupape 32, le cône de soupape qui est soumis à 8 2505206 la force centrifuge ouvre le canal de vidage 13, ce qui fait que le fluide de fermeture peut sortir de la chambre de fer- meture 10 en passant par les ouvertures d'échappement 33 pra- tiquées dans la soupape Mais, dès qu'une petite quantité de fluide de fermeture a quitté la chambre de fermeture 10, le canal d'amenée 26 qui est également en liaison avec la cham- bre de fermeture est vidé de son fluide de fermeture ce qui fait que la pression du fluide régnant sous le piston-tiroir 6 tombe brutalement et que le piston-tiroir est repoussé brutalement vers sa position inférieure dite d'ouverture sous l'effet de la pression du fluide régnant dans la chambre de séparation et la chambre à matières solides, une partie ou la totalité des matières remplissant le bol pouvant alors être expulsée de la chambre à matières solides 3 par les ou- vertures d'éjection 12 Du fait que le canal de vidage 13 part de l'extrémité externe de la chambre de fermeture 10, on peut réaliser le vidage total de la chambre de fermeture, ce qui fait que le piston-tiroir peut atteindre sa position la plus basse et de ce fait sa position d'ouverture la plus importante. La seconde soupape 18 actionnée par la force cen- trifuge, montée dans l'enveloppe 7 du bol et en liaison avec la chambre de fermeture et la chambre de réserve, est d'abord fermée pendant le fonctionnement par le cône de sou- pape 34 qui est soumis à la force centrifuge et par la pres- sion du fluide provenant de la chambre de fermeture 10 qui est appliquée par l'intermédiaire du canal de liaison 20 sur la surface du cône de soupape à l'opposé-de son côté frontal, dans la chambre 35, la chambre 39 située entre le cône de soupape et l'enveloppe du bol étant désaérée par l'intermédiaire d'un canal 38 Le cône de soupape 34 s'ouvre cependant dès que, pendant le processus de vidange, la pres- sion du fluide régnant dans la chambre de fermeture 10 et donc également dans le canal de liaison 20 tombe, et que de ce fait la pression du fluide provenant du canal 21 qui est en liaison avec la chambre de réserve 22 devient prépon- dérante dans le canal annulaire 36 sur la surface frontale du cône de soupape Ainsi est réalisée une liaison entre la chambre de réserve 22 et la chambre de fermeture 10 par 9 2505206 l'intermédiaire du canal de liaison 21, du canal annulaire 36, de la chambre de liaison 37 et du canal de liaison 19, ce qui fait que sous l'effet du fluide de fermeture qui est soumis à une pression élevée pouvant atteindre 25 bars ou plus en fonction du diamètre du bol 25 et de sa vitesse de rotation, ce fluide de fermeture peut parvenir immédiatement dans la chambre de fermeture après le processus de vidage de cette chambre et la remplir à nouveau dès que la soupape 14 actionnée par la force centrifuge se ferme Pendant le pro- cessus de vidage, du nouveau fluide de fermeture est simulta- nément envoyé par le dispositif d'amenée 28 et par l'intermé- diaire des chambres annulaires 25, 27 à la chambre de ferme- ture 10 et à la chambre de réserve 22. La durée d'ouverture de la soupape 14 actionnée par la force centrifuge, et de ce fait le piston-tiroir 6, est déterminée par la durée pendant laquelle le fluide de commande est amené, ou par sa quantité On peut donc égale- ment déterminer de ce fait la quantité de matières solides qui est chassée par la force centrifuge de la chambre à ma- tières solides. Pendant les vidanges, l'amenée du fluide de ferme- ture et du fluide de commande par l'intermédiaire des dispo- sitifs d'amenée 17, 28 s'effectue avantageusement au moyen d'un appareil de commande qui-n'est pas représenté. 2505206 R E V E N D I C A T I O N S 1 Bol centrifuge à vidange automatique destiné à la clarification et à la séparation de fluides soumis à centrifugation, comprenant un piston-tiroir mobile en direc- tion axiale pour ouvrir et fermer des ouvertures d'éjection sur la périphérie de l'enveloppe du bol en vue de l'extrac- tion de matières solides centrifugées, le piston-tiroir étant limité sur son côté supérieur par la chambre à matières soli- des et comprenant sur son côté inférieur une chambre de fer- meture destinée à recevoir un fluide de fermeture, l'amenée du fluide de fermeture s'effectuant par l'intermédiaire d'une canalisation reliée à la chambre de fermeture et une soupape actionnée par la force centrifuge et commandée par un fluide de commande étant montée dans l'enveloppe du bol pour le pro- cessus de vidage de la chambre de fermeture, ladite soupape actionnée par la force centrifuge étant reliée à la chambre de fermeture par l'intermédiaire d'une canalisation de vida- ge partant de l'extrémité externe de la chambre de fermeture, caractérisé en ce qu'une autre soupape ( 18) actionnée par la force centrifuge et commandée par un fluide est montée dans l'enveloppe ( 7) du bol, cette soupape étant reliée par l'intermédiaire de canalisations de liaison ( 19, 20) à la chambre de fermeture ( 10) et par l'intermédiaire d'une cana- lisation de liaison ( 21) à une chambre de réserve ( 22) prévue dans l'enveloppe du bol, continuellement remplie de fluide de fermeture pendant le fonctionnement du bol centrifuge et soumise à la pression du fluide, et en ce qu'une liaison est établie entre la chambre de fermeture et la chambre de réserve, lors du vidage de la chambre de fermeture, par l'in- termédiaire d'un cône de soupape ( 34) monté dans la soupape actionnée par la force centrifuge et qui s'ouvre. 2 Bol centrifuge à vidange automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation de liaison ( 19) allant à la soupape ( 18) actionnée par la force centrifuge part de la partie périphérique de la chambre de fermeture ( 10) et débouche dans une chambre de liaison ( 37) de la soupape actionnée par la force centrifuge prévue sur le côté frontal du cône de soupape ( 34). il 3 Bol centrifuge à vidange automatique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le canal de liaison ( 20) qui part de la chambre de fermeture ( 10) débouche dans une chambre ( 35) disposée à l'opposé du côté frontal du cône de soupape ( 34) 4 Bol centrifuge à vidange automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre de fermeture ( 10) peut être remplie de fluide de fermeture par l'intermédiaire d'un canal d'amenée ( 26) débouchant à l'extrémité interne de la chambre de fermeture. Bol centrifuge à vidange automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le canal de liaison ( 21) qui est en liaison avec la cham- bre de réserve ( 22) de fluide de fermeture débouche dans un canal annulaire ( 36) prévu sur le côté frontal du cône de soupape ( 34) - 6 Bol centrifuge à vidange automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal annulaire ( 36) est en liaison avec la chambre de liaison ( 37) lorsque le cône de soupape ( 34) est ouvert. 7 Bol centrifuge à vidange automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre de réserve ( 22) de fluide de fermeture est disposée audessous de l'enveloppe ( 7) du bol et limitée sur son côté inférieur par un couvercle de fermeture ( 23) fixé à l'enveloppe du bol. 8 Bol centrifuge à vidange automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la chambre de fermeture ( 10) et la chambre de réserve ( 22 > peuvent être alimentéesen fluide de fermeture par l'in- termédiaire d'un dispositif d'amenée commun ( 28) et de cana- lisations annulaires ( 25, 27). 9 Bol centrifuge à vidange automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le volume de la chambre de réserve ( 22) de fluide de fermeture est plus important que celui de la chambre de fermeture ( 10).