Brevet FR2526325A1 — publié le 19831110

La présente invention a trait à un dispositif pour la séparation par tourbillonnement de liquides à densités dif- férentes, à déchargement automatique, composé d'une pompe, d'un filtre et d'un réservoir cylindrique de séparateur à tourbillon muni d'un tuyau de décharge, fixé tangentiellement, relié à la pompe, le réservoir étant fermé en bas par un fond conique et comportant une chambre de tourbillonnement munie d'un tuyau d'alimentation fixé tangentiellement ainsi que d' un tamis d'aspiration et d'une soupape de retenue. Pour séparer des liquides à densités différentes, par exemple extraire d'eau usée des particules d'huile dispersées, on a surtout recours, dans divers types de séparateurs hydrau- liques, à l'effet de forces de gravité ou de forces centrifu- ges On utilise diverses structures de pièces rapportées la- mellaires et de filtres de coalescence pour accuser l'effet d'agglomération de petites particules d'huile en éléments plus grands Ces structures ont pour inconvénients la complexité de structure et l'importance des interventions exigées par le fonctionnement et l'entretien, principalement pour le nettoya- ge des lamelles et le remplacement des garnitures de filtre. On adopte le plus souvent diverses structures de réservoirs ouverts d'o l'eau et l'huile séparées se déchargent en fran- chissant des lèvres de trop-plein Ces structures ont pour in- convénient la nécessité de positionner précisément les lèvres de tropplein Les séparateurs ouverts, à lèvres de trop-plein, ne conviennent pas pour utilisation sur des véhicules ou des bateaux attendu que de légères oscillations et secousses peu- vent affecter facheusement leur fonctionnement Les eaux usées sont souvent refoulées de réservoirs de collecte dans des sé- parateurs au moyen de pompes centrifuges Le raccordement du séparateur au tuyau de refoulement de la pompe centrifuge est contre-indiqué parce que le liquide à séparer se trouve dis- persé dans la pompe en très petites particules du fait du mou- vement tourbillonnaire intense, ce qui en rend la séparation plus difficile Il est plus avantageux de raccorder le sépa- rateur à un tuyau d'aspiration situé en amont de l'entrée du séparateur, mais cette disposition oblige à prévoir un dis- positif fiable pour évacuer par pompage l'huile séparée. Or, on a découvert que l'on supprime dans une mesure no- table les inconvénients des dispositifs précités grâce à un dispositif pour la séparation par tourbillonnement de liquides à densités différentes à déchargement automatique selon l'in- vention Le dispositif est composé d'une pompe, d'un filtre et d'un réservoir cylindrique de séparateur à tourbillon muni d'un tuyau de décharge, fixé tangentiellement, relié-à la pom- pe Le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon est fermé en bas par un fond conique au-dessous duquel est située une chambre de tourbillonnement munie d'un tuyau d'alimenta- tion, fixé tangentiellement, pourvu d'un tamis d'aspiration et d'une soupape de retenue. Le principe de l'invention réside en ce qu'une pièce rapportée conique est placée coaxialement dans le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon et en ce que le haut de ce réservoir est fermé par un surtout conique au-dessus duquel le réservoir du filtre est fixé coaxialement par un joint d'étanchéité Le réservoir de filtre est fermé en bas par un fond oblique et en haut par un joint d'étanchéité su- périeur dans lequel le cylindre supérieur du filtre, fermé par un chapeau conique, est disposé coaxialement Un tuyau de déchargement, une ramification de renversement de marche, une vanne de renversement de marche et un tuyau d'admission fixé tangentiellement au bas du réservoir de filtre sont reliés à la pompe Au cylindre de filtre supérieur est fixé tangentiel- lement un tuyau de décharge qui est relié au moyen d'une vanne de décharge et à travers une ramification de décharge à un réservoir de stockage muni d'un tuyau de sortie Un raccord de décharge est en outre relié au réservoir de filtre dessous le fond oblique et se termine par une électrovanne reliée par un conducteur à un détecteur supérieur et par un conducteur d'interconnexion à un détecteur inférieur L'électrovanne est en outre reliée par un conducteur d'interconnexion au moteur électrique de la pompe. Il y a avantage à munir le dispositif selon l'invention d'un raccord distributeur, muni d'une vanne de désaérage, fixé coaxialement au surtout conique du cylindre de filtre supé- rieur, et au raccord de distribution un tuyau de retour est relié par l'intermédiaire d'une vanne de réglage, tuyau qui débouche dans le tuyau d'alimentation fixé tangentiellement à la chambre de tourbillonnement. Il y a aussi avantage à relier le tuyau de décharge par- tant de la pompe du dispositif selon l'invention, par l'in- termédiaire d'une ramification de renversement de marche et d'une vanne de dérivation et au moyen d'un tuyau de dériva- tion et d'une ramification de décharge, au réservoir de stocka- ge et au tuyau de sortie. En faisant arriver tangentiellement les liquides à sépa- rer dans la chambre de tourbillonnement et en plaçant la pièce rapportée conique dans le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon, on assure un passage graduel du régime d'écoule- ment rotatoire turbulent à celui d'écoulement laminaire La pièce rapportée conique assure l'agglomération de petites particules d'huile en éléments plus gros, ce qui augmente le rendement du séparateur à tourbillon Les principaux avantages de l'invention résident dans la combinaison d'un séparateur à tourbillon avec un filtre et une pompe en un ensemble d'un seul tenant, avec branchement du réservoir cylindrique du sé- parateur à tourbillon en amont de l'entrée desservant la pompe et le filtre relié au tuyau de refoulement de la pompe Ce mode de raccordement supprime l'effet désavantageux de la pom- pe donnant lieu à de la turbulence, cette turbulence augmen- tant, à mesure qu'elle s'accuse, la dispersion du liquide à séparer, par exemple huile, en très petites particules Le dispositif selon l'invention a une structure simple, facile à réaliser, ce qui a aussi pour avantage de simplifier l'assem- blage, le nettoyage et l'entretien ainsi que de permettre 1 ' utilisation du dispositif sur des véhicules ou bateaux, atten- du que les oscillations et secousses n'affectent plus sensi- blement le rendement Le dispositif selon l'invention ne donne lieu qu'à une perte de charge très faible Il a aussi l'avan- tage d'assurer le déchargement automatique du liquide séparé par incorporation au raccord de décharge d'une électrovanne qui s'ouvre automatiquement, après désexcitation de la pompe, quand le détecteur supérieur se trouve immergé dans une couche de liquide séparé à densité plus faible. Une réalisation de dispositif selon l'invention est re- présentée à titre d'exemple sur le dessin annexé, dont la fi- gure unique est une vue en élévation schématique, en coupe verticale passant par l'axe vertical du réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon. Le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1 est fermé en bas par un fond conique 3, au-dessous duquel sont fixés coaxialement une chambre de tourbillonnement 4 et un bâti cylindrique 6 Au bord inférieur du bâti cylindrique 6 est relié coaxialement un rebord de fondation 7, qui assure la fixation du bâti cylindrique 6 à la fondation 57 La cham- bre de tourbillonnement 4 est fermée en bas par un fond coni- que de chambre de tourbillonnement 5, auquel est fixé coaxia- lement un tuyau de décharge inférieur 8 muni d'une vanne de décharge 9 A la partie cylindrique de la chambre de tourbil- lonnement 4 est fixé tangentiellement un tuyau d'alimentation comportant, fixés à son tronçon d'entrée, un tamis d'aspi- ration 31 et une soupape de retenue 32 Dans la partie cylin- drique du séparateur à tourbillon 1 est placée coaxialement la pièce rapportée conique 2 La partie supérieure du réser- voir cylindrique 12 du séparateur à tourbillon 1 est fermée par un surtout conique 10 au-dessus duquel le réservoir 12 du filtre 29 est fixé coaxialemient par raccordement par brides 11 Le bas du réservoir 12 du filtre 29 est fermé apr un fond oblique 13 La partie supérieure du réservoir 12 du filtre 29 est fermée par un raccordement par brides supérieur 15 fi- xant coaxialement le cylindre 16 du filtre 29, cylindre qui est refermé en haut par un chapeau conique 18 Au chapeau co- nique 18 est fixé coaxialement un raccord distributeur 19 muni d'une vanne de désaérage 20 Au raccord distributeur 19 sont reliés une vanne de réglage 49 et un tuyau de retour 48, lequel débouche dans le tuyau d'alimentation 30 fixé tangentiellement à la chambre de tourbillonnement 4 au-dessous du fond conique 3 du réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1 Dans le volume surmontant la pièce rapportée conique 2, un tuyau de décharge 33 est relié tangentiellement au réservoir cylin- drique du séparateur à tourbillon 1 et ce tuyau 33 mène à la pompe 34 A la pompe 34 sont reliés un tuyau de refoulement 37, une ramification de renversement de marche 38, une vanne de renversement de marche 39 et un tuyau d'admission 40, le- quel est relié tangentiellement à la partie inférieure du ré- servoir 12 du filtre 29 Au cylindre supérieur 16 du filtre 29 est relié tangentiellement un tuyau de sortie 41 qui est re- lié par une vanne de sortie 42, à travers une ramification de sortie 43, à un réservoir de stockage 44 muni d'un tuyau de décharge 45 Au réservoir 12 du filtre 29 est relié, sous le fond oblique 13, un raccord de décharge 50 terminé par une électrovanne 51 elle-même reliée, par un conducteur 54, à un détecteur de niveau d'eau supérieur 52 et, par un conducteur d'interconnexion 55, à un détecteur inférieur de couche d'hui- le 53 L'électrovanne 51 est couplée au moteur électrique 35 de la porpe 34 par un circuit d'interconnexion 56 Le moteur électrique 35 et la pompe 34 sont placés sur une console 36, fixée au réser- voir cylindrique ou séparateur à tourbillon 1 Sous le cylin- dre supérieur 16 du filtre 29 est fixé coaxialement le cylin- dre perforé 14 du filtre 29, qui présente en bas un dessous perforé 21 Par-dessus le dessous perforé 21 sont disposées coaxialement un renfort de pièce rapportée perforée inférieure 22, une tige filetée 27, une pièce rapportée perforée infé- rieure 23 et une garniture de filtre, laquelle est pressée de haut en bas par une pièce rapportée perforée supérieure 24, au-dessus de laquelle sont placés coaxialement une pièce rap- portée circulaire 25 avec un renfort de pièce rapportée perfo- rée supérieure 26 et un écrou papillon 28 vissé sur la tige 27 Le tuyau de refoulement 37 de la pompe 34 est relié, à travers une ramification de raccordement 38 et à travers une vanne de dérivation et un tuyau dérivé 46, à une ramification de sortie 43 desservant le réservoir de stockage 44 et le tuyau de décharge 45. De l'eau usée contenant des particules d'huile arrive dans le dispositif décrit à travers le tamis d'aspiration 31 et la soupape de retenue 32 par le tuyau d'admission 30, tan- gentiellement, dans la chambre de tourbillonnement 4, au- dessous du fond conique 3 du réservoir cylindrique du sépara- teur à tourbillon 1 Sous l'effet de la force centrifuge en- gendrée par le mouvement de rotation, les impuretés relative- ment lourdes se séparent de l'eau et se déposent sur le fond conique 5 de la chambre de tourbillonnement, d'o elles peu- vent être déchargées par le tuyau de purge 8 après ouverture de la vanne de décharge 9 L'eau contenant des particules d' huiles dispersées s'écoule par mouvement de rotation en hélice, à travers le trou rond du fond conique 3, dans l'intérieur du réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1 après sépa- ration des impuretés lourdes Dans cet intérieur, les parti- cules d'eau et d'huile décrivent un mouvement en hélice de diamètre croissant progressivement et, de ce fait, leurs dif- férences de viitesse et leur turbulence sont supprimées Ici, il y a passage progressif du régine d'écoulement turbulent à celui d'écoulement laminaire Sous la pièce rapportée conique 2, de petites particules d'huile se réunissent en éléments plus gros A l'intérieur du réservoir cylindrique du sépara- teur à tourbillon 1, il s'établit un écoulement tournant la- minaire, ce qui assure la séparation efficace de particules d'huile môme très petites dispersées dans l'eau L'eau qui se sépare du fait de sa densité élus forte vient, sous l'effet de la force centrifuge, contre la paroi du réservoir cylindri- drique du séparateur à tourbillon 1 et l'huile séparée s'accu- mule dans le volume entourant l'axe vertical de ce réservoir. Dans la partie supérieure du réservoir cylindrique du sépara- teur 1, sous le fond oblique 13-du réservoir 12 du filtre 29, il se forme graduellement une couche continue d'huile séparée, huile qui est automatiquement évacuée par le raccord de dé- charge 50 après l'ouverture de l'électrovanne 51 L'eau sépa- rée, débarrassée de la plupart des composés huileuxj est éva- cuée du volume surmontant la pièce rapportée conique 2 par le tuyau de décharge 33, fixé tangentiellement à la partie supé- rieure du réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1. Du tuyau de décharge 33, l'eau chargée de résidus d'huile encore non séparée est refoulée à travers la pompe 34 et le tuyau de déchargement 37 et à travers la ramification de renver- sement de marche 38 et la vanne de renversement de marche 39, dans le tuyau d'admission 40, fixé tangentiellement à la par- tie inférieure du réservoir 12 du filtre 29 Dans le réservoir 12 du filtre 29, l'eau chargée de résidus d'huile non séparés s'écoule par mouvement de rotation en hélice à travers le fond perforé 21 et à travers le cylindre perforé 14 du filtre 29. La garniture filtrante pressée dans le cylindre perforé 14 du filtre 29, dans le volume défini entre les pièces rapportées perforées inférieure 23 et supérieure 24, agit en filtre de coalescence sur lequel se trouvent captées les petites parti- cules d'huile encore non séparées Ces particules se réunis- sent dans la -garniture-filtrante en éléments plus gros qui se concentrent autour de l'axe du cylindre perforé 14 du filtre 29 sous l'effet de la force centrifuge engendrée par le mou- vement de rotation hélicoïdal de l'eau et passent en même temps que l'eau, de bas en haut, dans le volume situé sous le chapeau conique 18 du cylindre supérieur 16 du filtre 29 L' eau séparée, débarrassée des résidus de particules huileuses, est déchargée du cylindre supérieur 16 du filtre 29 par le tuyau de sortie 41 monté tangentiellement et à travers la ramification 43 dans le réservoir de stockage 44, d'o elle est évacuée par le tuyau de sortie 45 L'huile séparée, ainsi qu'une faible partie en volume de l'eau séparée, sont extrai- tes du volume situé sous le chapeau conique 18 à travers le raccord de distribution 19 et la soupape de réglage 49, par le tuyau de retour 48, dans le tuyau d'admission 30 qui débou- che tangentiellement dans la chambre de tourbillonnement 4 sous le fond conique 3 du réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1 Une fois le pompage d'eau usée terminé, simul- tanément à la désexcitation du moteur électrique 35 de la pom- pe 34, un signal électrique est envoyé par le conducteur d'in- terconnexion 56 à l'électrovanne qui s'ouvre alors, mais seu- lement à condition que le détecteur supérieur de niveau d'eau 52 soit immergé dans une couche d'huile séparée, ce qu'indique un signal transmis par le conducteur 54 du détecteur supérieur. Après l'ouverture de l'électrovanne 51, la couche d'huile sé- parée est'extraite de la partie supérieure du réservoir cy- lindrique du séparateur à tourbillon 1 à travers le raccord de sortie 50 sous l'effet de la surpression engendrée par 1 ' eau séparée qui commence à refluer du réservoir de stockage 44, à travers la ramification de sortie 43, la vanne de sortie 42 et le tuyau de sortie 41, dans le cylindre supérieur 16 du filtre 29 et, de là, dans le réservoir cylindrique du sépara- teur à tourbillon 1, le refluement ayant lieu simultanément à travers deux circuits Dans le premier circuit, l'eau passe du cylindre supérieur 16 du filtre 29, à travers le raccord distributeur 19 et la vanne de réglage 49, par le tuyau de retour 48 et le tuyau d'admission 30, dans la chambre de tour- billonnemnent 4, d'o elle s'écoule par le trou du fond conique 3 dans le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1. Lors de ce refluement, l'eau ne peut s'échapper du tuyau d'ad- mission 30 à travers le tamis d'aspiration 31 parce que la surpression d'eau a pour effet de fermer la soupape de retenue 32 Dans le second circuit, l'eau reflue du cylindre supérieur 16 du filtre 29, à travers la garniture filtrante, dans la partie basse du réservoir 12 du filtre 29, d'o elle retourne, à travers le tuyau d'admission 40, la vanne de renversement de marche 39, la ramification de renversement de marche 38 et le tuyau de déchargement 37, la Pompe 34 et le tuyau de décharge 33, dans le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1 Quand l'eau présente sous la couche d'huile séparée monte dans le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1 jusqu'au niveau du détecteur supérieur de niveau d'eau 52, un signal électrique est envoyé, par le conducteur 54 du détec- teur supérieur 52, à l'électrovanne 51, laquelle interrompt la décharge d'huile séparée à travers le raccord de décharge 50. Après la fermeture de l'électrovanne 51, on peut recommencer, si besoin est, à faire refouler de l'eau usée par la pompe 34 sous l'action du moteur électrique 35 Au cas exceptionnel o, au cours du pompage, l'eau usée aurait une très forte con- centration en huile, de sorte qu'une couche d'huile séparée s'accumulerait dans le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1 jusqu'au niveau du détecteur de couche d'huile inférieur 53, celui-ci enverrait sur son conducteur d'interconnexion un signal électrique sous l'effet duqjuel il y aurait ouverture de 1 ' électrovanne 51 et, simultanément, mise à l'arrêt du moteur électrique 35 et de la pompe 34 sous l'effet du signal élec- trique arrivant par le conducteur d'interconnexion 56 La cou- chp d'huile séparée serait alors à nouveau déplacée par de l'eau refluant du réservoir de stockage 44 dans le réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon 1 jusqu'à ce que l'eau atteigne le niveau du détecteur supérieur de niveau d'eau 52. Ce cycle d'interruption du fonctionnement se répète automati- -quement. Lors du remplacement de la garniture filtrante et aussi du nettoyage du réservoir 12 du filtre 29 de séparation d'hui- le, on peut aussi utiliser le réservoir cylindrique même du séparateur à tourbillon 1 en reliant le tuyau d'évacuation 37 au tuyau de sortie 45 à travers le réservoir de stockage 44, la ramification de décharge 43, le tuyau dérivé 46 et la ra- mification de raccordement 38 après avoir ouvert la vanne de dérivation 47 et fermé les vannes de renversement de marche 39 et de décharge 42. Le dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé sans la pompe 34 quand, par exemple, l'eau chargée de parti- cules d'huile arrive à travers le tuyau d'alimentation 30 dans la chambre de tourbillonnement 4 par écoulement par gravité sous une surpression telle que l'eau séparée puisse être libre- ment évacuée par le tuyau de décharge 45. REVENDICAT IONS 1 Dispositif pour la séparation par tourbillonnement de liquides à densités différentes, à déchargement automatique, composé d'une pompe, d'un filtre, et d'un réservoir cylindri- que de séparateur à tourbillon muni d'un tuyau de décharge fixé tangentiellement relié à la pompe, le réservoir étant fer- mé en bas par un fond conique et une chambre de tourbillonne- ment étant munie d'un tuyau d'alimentation fixé tangentielle- ment pourvu d'un tamis d'aspiration et d'une soupape de rete- nue, caractérisé en ce qu'une pièce rapportée conique ( 2) est placée coaxialement dans le réservoir cylindrique du sépara- teur à tourbillon ( 1) et le haut du réservoir cylindrique du séparateur à tourbillon ( 1) est fermé par un surtout conique ( 10) au-dessus duquel le réservoir ( 12) du filtre ( 19) est fixé coaxialement par un joint d'étanchéité ( 11), ce réservoir étant fermé en bas par un fond oblique ( 13) et en haut par un joint d'étanchéité supérieur ( 15) dans lequel le cylindre su- périeur ( 16) du filtre ( 29), fermé par un chapeau conique, est disposé coaxialement, un tuyau de déchargement ( 37), une rami- fication de renversement de marche ( 38), une vanne de renver- sement de marche ( 39) et un tuyau d'admission ( 40) fixé tan- gentiellement au bas du réservoir ( 12) du filtre ( 29) étant reliés à la pompe ( 34), tandis qu'au cylindre supérieur ( 16) du filtre ( 29) est fixé tangentiellement un tuyau de décharge ( 41) qui est relié par une vanne de décharge ( 42), à travers une ramification de décharge ( 43) à un réservoir de stockage ( 44) muni d'un tuyau de décharge ( 45), un raccord de décharge ( 50) étant en outre relié au réservoir ( 12) du filtre ( 29) sous le fond oblique ( 13), ce raccord se terminant par une électrovanne ( 51) qui est reliée par un conducteur ( 54) à un détecteur supérieur ( 52) et par un conducteur d'interconnexion ( 55) à un détecteur inférieur ( 53), l'électrovanne ( 51) étant de plus reliée au moteur électrique ( 35) de la pompe ( 34) par un conducteur d'interconnexion ( 56). 2 Dispositif pour la séparation par tourbillonnement de liquides à densités différentes selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'un raccord distributeur ( 19) muni d'une vanne de désaérage ( 10) est fixé coaxialement au chapeau co- nique ( 18) et en ce qu'au raccord de distribution ( 19) un il tuyau de retour ( 48) est relié à travers une vanne de réglage ( 49), ce tuyau débouchant dans le tuyau d'alimentation ( 30) fixé tangentiellement à la chambre de tourbillonnement ( 4). 3 Dispositif pour la séparation par tourbillonnement de liquides à densités différentes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tuyau de refoulement ( 37) de la pompe ( 34) est relié à traversune ramification de renverse- ment de marche ( 38) et une vanne de dérivation ( 47), au moyen d'un tuyau de dérivation ( 46) et d'une ramification de déchar- ge ( 43), à un réservoir de stockage ( 44) et à un tuyau de sortie ( 45).