Brevet FR2535215A1 — publié le 19840504

Appareil perfectionné pour la séparation centrifuge d'un mélange comprenant au moins une phase gazeuse dont les perfectionnements proc2dent par accroissement de masse des éléments de la phase lourde. La présente invention concerne des perfectionnements apportés à un appareil pour la séparation centrifuge d'un mélange comprenant au moins une phase gazeuse, appareil faisant l'objet de la demandeJde brevet français n 2 468 410. Cet appareil comporte, dans une enceinte fixe, un équipage tournant constitué par un rotor de traitement à disques ajourés décalés angulairement de l'un à l'autre, en amont par un distributeur rotatif et en aval par un ventilateur avec interposition éventuelle d'un redresseur rotatif. Le mélange traiter s'écoule de façon laminaire à travers les ajourages des disques suivant des veines hélicoidales vives séparées par des lames héli cotidales mortes, les lames tournant tensiblement a la même vitesse que le rotor, tandis que les veines tburnent beaucoup plus vite.La phase non gazeuse à séparer s'échappe sous l'effet du champ centrifuge extrêmement intense des veines vives et se trouve prise en charge par les lames mortes où règne toujours un champ centrifuge, cependant moins intense. Sous l'effet de celui-ci, cette phase plus dense migre vers la périphérie et se trouve piégée par un empilage de déflecteurs tronconiques divergeant vers l'amont et solidaires de l'enceinte fixe et/ou évacuée vers l'amont le long de cette enceinte par de petites pales axiales décrites dans la demande de brevet français n0 82 03532. Les champs centrifuges font évoluer les éléments de la phase lourde (particules solides, gouttelettes ...) vers la péri- phérie tout en les entratnanten raison du cheminement hélicoïdal du melangeJvers l'aval. La vitesse d'évolution vers la périphérie dépend notamment de la masse de ces éléments isolés dans la phase légère et par conséquent de leur volume. Dès lors que l'élimination des éléments lourds ne peut se produire que s'ils parviennent réellement à la périphérie sur l'enceinte, il est évident que certains éléments trop lents n'ont pas le temps matériel d'y parvenir et sont par conséquent évacués avec la phase légère en aval. Le taux de séparation n'est donc pas rigoureusement parfait.Les éléments lourds trop lents précités qui restent mélangés sont généralement ceux dont la masse est trop faible et, par conséquent, les dimensions trop petites. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient majeur en préconisant des perfectionnements grâce auxquels tous les éléments de la phase lourde parviennent sur l'enceinte fixe avant que la phase légère soit évacuée. En d'autres termes, ces perfectionnements visent à obtenir une séparation parfaite, en faisant grossir les éléments de la phase lourde au cours de leur évolution vers la périphérie au point que leur masse croit et leur vitesse aussi, que leur durée de transfert efficace vers la périphérie décroît et devient inférieure à la durée de traversée du rotor par le mélange. Pour atteindre ce but et conformément à l'invention, le rotor comporte,solidairement,des bagues minces d'arrêt situées entre les disques ajourés > disposées concentriquement à l'axe de rotation de ceux-ci > réparties entre le centre et la périphérie en travers des ajourages et ménageant au moins un passage radial, chaque bague fendant chaque veine hélicoîdale suivant sa trajectoire en plusieurs filets sans en perturber l'écoulement et piégeant la phase lourde lors de son cheminement radial vers la périphérie pour que ses composants élémentaires grossissent et accroissent leur masse en vue de leur transfert plus rapide à travers le ou les passages précités sur la bague d'arrêt suivante. De préférence chaque bague est un tube cylindrique très mince ; elle peut être fixée sur un disque du côté de sa face aval et laisser subsister, en regard de celle-ci et de la face amont du disque opposé, des fentes annulaires constituant les passages précités, la ou les fentes étant essentiellement destinées, lorsqu'elles sont prévues étroites, à s'opposer à la formation d'un coin d'accumulation de la phase lourde. Le bord libre aval de l'une au moins des bagues délimite avec la face amont du disque qui lui est opposé distance, l'un des passages précités et constitue un seuil de déversement pour la phase lourde arrêtée par la bague considérée et/ou le bord libre amont de l'une au moins des bagues délimite, entre les pattes d'attache de celle-ci à distance avec la face aval du disque sur lequel ces pattXsont fixées, l'un des passages précités et constitue un seuil de déversement pour la phase lourde arrêtée par la bague considérée. Suivant une première forme de réaliçztion, le bord libre précité d'au moins une bague s'étend dans un plan parallèle au disque dont celle-ci est solidaire. Suivant une deuxième forme de réalisation, le bord libre précité d'au moins une bague est dentelé. Suivant une troisième forme de réalisation, au moins une bague présente travers sa paroi des trous régulièrement répartis, ces trous pouvant être circulaires, oblangs, carrés, rectangulaires.... Selon une variante, les trous peuvent être bordés par une collerette tronconique faisant saillie vers la périphérie. Ainsi, les veines vives et les lames mortes se trouvent divisées par les bagues en un grand nombre de filets qui se séparent lors du franchissement de celles-ci et se recollent au-delà sans qu'il en résulte de perturbations dans l'écoulement du mélange. Ces filets hélicoidaux sont jointifs circonférentiellement pour former des tubes cylindriques en partie séparés par les bagues et radialement du centre vers la périphérie. La migration centrifuge de la phase lourde d'un filet vers celui qui lui succède vers la périphérie s'accompagne du franchissement de la bague qui les sépare. Les éléments lourds (particules solides ou gouttelettes) sont arrêtés par la bague et se rassenblent, un effet de coalescence ou d'agglomération se produisant alors et s'accompagnant évidemment d'un grossissement et d'un accroissement de masse des éléments lourds. Plus précisément, si la phase lourde est un liquide, les fines gouttelettes s'acheminent à travers un premier filet hélicoidal de mélange et frappent sous l'effet du champ centrifuge la bague adjacente ; les gouttelettes se rassemblent en un film liquide mince sur cette bague jusqu'au seuil de déversement constitué par son bord libre sur lequel des gouttelettes plus grosses que les précédentes se forment et se détachent dans le passage livrant accès au filet adjacent;; sous l'effet du champ centrifuge, les nouvelles gouttelettes, étant plus grosses et plus massiques, traversent plus vite ce deuxième filet et sont arr8tées par une deuxième bague où se forment des gouttelettes encore plus grosses qui traversent alors encore plus vite le troisième filet et ainsi de suite.Finalement, la durée globale de ces cheminements successifs à travers les filets sans compter les arrêts sur les bagues est inférieure la durée du cheminement à travers veines et lames vers la périphérie lorsque les disques sont exempts de bagues. Si la phase lourde est un solide, les particules s'agglutinent sur chaque bague, et forment une couche ou talus qui, périodiquement, se détruit en morceaux plus gros que les particules, lesquels morceaux s'acheminent, sous l'effet du frottement oblique de l'écoulement du mélange, jusqu'au seuil de déversement qu'ils franchissent pour être lancés par le champ centrifuge dans un autre filet qu'ils traversent plus rapidement. COmme précédemment, la durée globale des cheminements successifs (lorsqu'il est prévu des arrêts intermédiaires sur bagues) est inférieure à la durée de cheminement continu (lorsque les disques sont exempts de bagues) en raison justement du phénomène de grossissement qui se produit sur les bagues. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une perspective montrant l'appareil centrifuge auquel les perfectionnements de l'invention sont appliqués, - la figure 2 est une autre perspective illustrant seulement le rotor mettant en oeuvre les perfectionnements de l'invention, - les figures 3 à 5 et 8 sont des élévations-coupes développées consistant à mettre à plat les bagues cylindriques et les parties adjacentes des disques ajourés du rotor de telle façon que les veines hélicoidales deviennent par ce développement des veines obliques, ces vues concernant quatre formes de réalisation différentes des bagues de l'invention, - la figure 6 est une coupe radiale prise, å plus grande échelle suivant la ligne VI-VI de la figure 5, - la figure 7 est une vue analogue à la figure 6 se rapportant à une variante de réalisation d'une bague. Ainsi que cela apparaît clairement sur la figure 1, l'appareil avant perfectionnement comporte une enceinte fixe 1 dans laquelle est disposé un équipage tournant mû en rotation par un dispositif d'entraînement tel qu'un moteur électrique. Cet équipage comporte, calés sur un arbre menant commun 2 - un rotor de traitement 3 constitué par un empilage de disques ajourés 4, - un distributeur rotatif 5 situé en amont du rotor si l'on considère le sens F d'écoulement axial du mélange à traiter, - éventuellement, un redresseur rotatif 6 disposé en aval du rotor, et - un ventilateur 7 calé sur l'arbre 1 en aval du redresseur 6. Les disques 4 du rotor 2 délimitent des ajourages 8 séparés par des parties pleines 9 présentant en saillie des rebords 10 dits postérieurs si l'on considère le sens T de rotation. Les disques sont écartés et décalés angulairement les uns des autres, de telle façon que la pente "a" (figure 3) de l'écoulement hélicoí- dal des veines vives "v" du mélange à travers les ajourages 8 se trouve déterminée ; cet écoulement a plus grande vitesse tangentielle que le rotor est dû à la chute de pression amont engendrée par le ventilateur 7 et à la transformation de celle-ci par le distributeur 5 en une vitesse hélicoidale. Les veines vives "v" s'écoulent plus vite relativement à des lames mortes "1" intercalaires piégées dans le rotor par les parties pleines 9 et leurs rebords 10. L'enceinte 1 peut être solidaire d'un empilage 11 de déflecteurs tronconiques 12 qui piègent la phase la plus dense séparée s'échappant des veines vives, soit directement, soit par l'intermédiaire des lames mortes sous l'effet des champs centrifuges auxquels lesdites veines et lames sont soumises. lais cette enceinte peut aussi être contigus avec un jeu fonctionnel minimal aux disques 4 du rotor 3. Dans un cas comme dans l'autre, de petites pales axiales peuvent être prévues pour engendrer une ventilation vers l'amont entre le rotor 3 et l'enceinte l 1 ou les déflecteurs 12 de celle-ci. Ainsi que cela ressort clairement de la figure 2, le rotor 3 comporte, selon l'invention, des bagues d'arrêt 13 qui, de préférence sont des tubes cylindriques très minces. Les bagues sont situées entre les disques 4 et fixées au moyen de pattes 14 soudées, rivées, vissées ou autres, sur la face aval de ces disques. Dans l'exemple représenté, ces bagues sont au nombre de deux désignées par les références 13.1, 13.2 mais elles pourraient Etre plus nombreuses ; lesdites bagues 13.1 à 13.n sont disposées concentriquement l'arbre 2 du rotor et réparties du centre vers la périphérie en travers des ajourages 8 ; elles fendent donc les veines hélicoidales "v" en plusieurs filets hélicoîdaux vl à v3 (figure 6) s'étendant jointivement en s'éloignant du centre. Les bagues ménagent en outre des passages radiaux dans lesquels les filets se recollent et à travers lesquels les éléments de phase lourde en provenance d'un filet central, collectés et grossis par la bague limitrophe périphérique, sont délivrés et relancés à plus grande vitesse par le champ centrifuge dans le filet périphérique contigu vers la bague suivante, l'accroissement de vitesse évoqué ci-dessus étant dû à l'accroissement, non seulement du rayon, mais également de la masse. Les passages radiaux précités sont ménagés dans les espaces interdisques 15 au droit des bagues 13. Suivant la première forme de réalisation (figure 3), la bague 13a fait saillie d'un disque 4 vers l'aval sur une partie seulement de la hauteur de l'espace interdisques 15 correspondant elle est définie par un bord amont 16 situé très près de l'un des disques et d'un bord aval 17 relativement éloigné des rebords 10 de l'autre disque ; ces bords sont rectilignes et parallèles entre eux lorsque la bague 13a est développée à plat.Le bord 16 délimite avec le disque amont 4 un passage étroit 18 à travers lequel s'établit une fuite suffisante pour s'opposer à la formation d'un coin d'accumulation de phase lourde sur les parties pleines 9 du disque consi déré, Le bord 17 constitue un seuil de déversement pour les éléments grossis de la phase lourde et délimite avec le disque aval 4 un passage 19 de transfert vers le filet voisin de cette phase lourde. La deuxième forme de réalisation (figure 4) diffère de la première par le fait que -la bague 13b est définie, à l'opposé du bord dit rectiligne 16 délimitant le passage étroit 18, par un bord dentelé 20 tu seuil de déversement brisé qui délimite avec le disque aval 4 un passage de transfert 21. Dans la troisième forme de réalisation (figures 5 et 6), la bande 13c est toujours définie par des bords parallèles 16 et 17 délimitant les passages étroit 18 et large 19 ; mais le passage de transfert des éléments grossis est constitué par une pluralité de trous carrés 22 convenablement répartis. Ces trous peuvent d'ailleurs présenter touteautre forme : rectangulaire, circulaire, oblongue ou autre. Selon une variante illustrée par la figure 7, les trous 22 sont bordés par une collerette tronconique 23 faisant saillie vers la péri- phérie et favorisant l'évacuation des éléments grossis de la phase lourde arrêtés par la bague. Il est bien évident que chaque bague 13 peut être située ailleurs dans l'espace interdisques 15. Ainsi et comme le montre la figure 8, la bague 13d s'étend dans la partie médiane de cet espace, sensiblement à égale distance des disques, et se trouve définie par des bords aval 24 et amont 25 rectilignes formant des seuils de déversement livrant accès å deux passages de transfert 26 et 27. La bague 13e (figure 8) s'étend sur toute la hauteur de l'espace interdisques 15 et est définie par des bords amont 16 et aval 28 situés très près des disques limitrophes 4 pour délimiter des passages étroits 18 et 29 anti-coins d'accumulation. Le passage de transfert de la phase lourde est alors constitué par une pluralité de trous 22 avec ou sans collerettes 23. Bien entendu, le bord aval 28 présente des encoches 30 s'emboîtant sur les rebords 10 du disque correspondant. La bague 13f (figure 8) s'étend du disque amont 4 jusqu'aulx rebords 10 du disque aval 4 entre des bords 16 et 24 et délimite des passages de transfert 26 et 18, tandis que la bague 13 (figure 8) s'étend du disque aval 4 jusqu'à une distance suffisante du disque amont 4 entre des bords 28 et 25 et délimite des passages de transfert 29 et 27. Dans l'exemple représenté, les bagues 13 sont identiques dans un meme espace interdisques 15 et/ou d'un espace àun autre. Mais il est important de noter qu'elles peuvent être différenciées pour créer un effet de chicane sur le cheminement centrifuge des éléments de phase lourde. Ainsi, dans un même espace interdisques 15, des bagues 13f et 13 peuvent coopérer entre elles a différents niveaux d'énergie centrifuge ; ou bien, des bagues 13d et 13e ; ou encore des bagues 13a ou 13b ou 13c et 13g... Par ailleurs, ces bagues peuvent être toutes fixées sous la face amont des disques ou bien certaines sous la face amont et d'autres sur la face aval ; dans ce dernier cas, des bagues peuvent être montées en regard dans un même espace 15. D'autre part, les bagues peuvent être coniques s'il est nécessaire de favoriser le glissement des éléments grossis de phase lourde vers les passages de transfert. Enfin, les passages de transfert peuvent être ménagés dans les bagues elles-mêmes ou bien entre deux bagues s'opposant l'une à l'autre ou encore entre une bague et le disque opposé ; dans ce dernier cas, l'accès a ces passages s'effectue par franchissement d'un seuil de déversement qui peut être circulaire ou dentelé ou autre. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées et décrites en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil perfectionné pour la séparation centrifuge d'un mélange comprenant au moins une phase gazeuse, cet appareil comportant, dans une enceinte fixe (1), un équipage tournant constitué par un rotor de traitement (3) à disquesajourés (4) décalés angulairement de l'un à l'autre, en amont par un distributeur rotatif (5) et en aval par un ventilateur (7) avec interposition éventuelle d'un redresseur rotatif (6), le mélange à traiter stecou- lant de façon laminaire à travers les ajourages (8) des disques suivant des veines hélicoidales vives séparées par des lameshélicoidales mortesécoulement dans lequel la phase non gazeuse a séparer stache- mine entre les disques jusqu'à la partie fixe de l'enceinte où elle est collectée et évacuée vers l'amont, les perfectionnements étant caractérisés en ce que le rotor (3) comporte Isolidairement, des bagues minces d'arrêt (13) situées. entre les disques ajourés (4), disposées concentriquement à l'axe de rotation de ceux-ci, ré parties entre le centre et la périphérie en travers des ajourages (8), et ménageant au moins un passage radial (19), chaque bague fendant chaque veine hélicoidale (v) suivant sa trajectoire en plusieurs filets (vl a v3), sans en perturber l'écoulement et piégeant la phase lourde lors de son cheminement radial vers la périphérie pour que ses composants élémentaires grossissent et accroissent leur masse en vue de leur transfert plus rapide à travers le ou les passages précités sur la bague d'arrêt suivante. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bague (13) est un tube cylindrique très mince. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque bague (13a à l3#) est fixée sur un disque (4) du caté de sa face aval et laisse subsister, en regard de celle-ci et de la face amont du disque opposé, des fentes annulaires (18 et 29) constituant les passages précités, la ou les fentes étant essentiellement destinées, lorsqu'elles sont prévues étroites, à s'opposer à la formation d'un coin d'accumulation de la phase lourde. 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bord libre aval (17, 20, 24) de l'une au moins des bagues (13) délimite avec la face iront du disque qui lui est opposé à distance l'un des passages précités (19, 21, 26) et constitue un seuil de déversement pour la phase lourde arrêtée par la bague considérée. 5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bord libre amont (25) de l'une au moins des bagues (13) délimite, entre les pattes d'attache (14) de celle-ci, à distance avec la face aval du disque sur lequel ces pattes sont fixées, l'un des passages (27) précités et constitue un seuil de déversement pour la phase lourde arrêtée par la bague considérée. 6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le bord libre (17) précité d'au moins une bague (13a) s'étend dans un plan parallèle au disque (4) dont celle-ci est solidaire. 7. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le bord libre (20) précité d'au moins une bague (13b) est dentelé. 8. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'au moins une bague (13c) présente travers sa paroi des trous (22) régulièrement repartis, ces trous pouvant être circulaires, oblongs, carrés, rectangulaires... 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les trous (22) sont bordés par une collerette tronconique (23) faisant saillie vers la périphérie. 10. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les bagues (13e 13g) présentent des encoches (30) s'emboi- tant sur les parties saillantes des disques, telles que les rebords (10) des ajourages.