Brevet FR2540404A1 — publié le 19840810

Perfectionnements apporté aux appareils de séparation centrifuge applicable notamment à l'épuration des mélanges gazeux. La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux appareils centrifuges pour la separation des phases d'un mélange et pliais spécialement les épurateurs en phase gazeuse destines a lutter contre la pollution de l'air. Il convient avant d'abor5der les dispositions principales de l#inven- tion de rappeler les difficultés rencontrées à l'occasion de la séparation des phases d'un mélange quelconque en se référant aux appareils connus du genre en question. La plupart des appareils comporte, dans une enceinte fixe ou tours nante, un empilage de plaques circulaires ou assiettes' solidaires d'un axe de rotation entrainé par un monteur, um moto-agitateur ou un moto-ventilateur les plaques ou assiettes sont écartées les unes des autres le long de l'axe de rotation de l'entrainement par des entretoises de séparationS le mélange à épurer traverse axialement l'axe de rotation ou l'enceinte tournante tout en étant soumis à l'action d'un champ centrifuge engendré par la rotation des dites assiettes. Suivant une disposition connue les plaques ou assiettes pressentent des orifices décalés angulairement de l'une à l'autre de manière à former un nombre important de chicanes, dans le sens axial les entretoises et les parties pleines des assettes constituant autant de barrières et de déviations à la progression axiale du flux à épurer.Un inconvénient propre à ce mode de réalisation est de lasser subsister prés de l'axe de rotation des assiettes une zone morte, inactive, de sorte qu'une partie du mélange ne rarcourt pas systématiquement une trajectoire suivant de près le rayon des assiettes, ce -ul crée des accumulations de matières lourdes le long du dit axe de rotation des assiettes, accumulations qui encras-sent l'appareil, engendrent und deséquilibre de l'équipage mobile et amoindrissent l'effet de séparation Le plus souvent les orifices des assiettes sont des fentes droites et radiales parfois bordées de barrettes formées par exemple d'un rebord saillant destiné à conduire la phase lourde en direction de la paroi collectrice fixe ou tournante de l'enceinte de l'appareil. Pour obtenir un rendement acceptable on est amené à faire comporter de tels appareils des empilages comprenant un grand nombre d'assi ettes, parfois plusieurs dizaines, ce qui pose d'autres difficultés, come par exemple, une grande consommation de l'énergie d'entraine ent, un balourd de l'équipage mobile, des difficultés pour maitriser et coti'oler la vitesse et la direction de circulation des veines de fluide å eper, la complexité de fabrication de l'appareil et son codt élevé. Suivant une variante d'exécution d'un appareil de séparation du genre en question comprenant un empilage d'assiettes à Sentes, on décale angulairement les fentes d'un empilement d'assiettesppour obtenir des passages d'allure hélicoidale du mélange à traiter. Cette disposition trés caractéristique ne résout pas le probléme de la circulation systématique du mélange à traiter le long de latotalité du rayon des assiettes à fentes, de sorte qu'il subsiste toujours dans la région centrale de 1 équipage tournant, un court- circuit parteil de la veine à épurer. là encore on tente de remédier à ce défaut en multipliant le nombre des assiettes et des fentes, ce qui conduit à la réalisation d'appareils encombrants et couteux. Cet encombrement et ce coût se trouvent encore augmentés du fait de la présence dans les appareils connus d'un collecteur extracteur fixe ou mobile, formé d'un enpilement d'anneaux coaxial à l'équipage tournant,avec, bien entendu, une solution de continuité entre les assiettes dt séparateur et les anneaux du collecteur. Il se crée, par ailleurs, dans la zone de séparation entre les assiettes et les anneaux un courant annulaire ascendant ou descendant, et entre les assiettes des différences de pression qui perturbent l'effet séparateur. L'invention vise à réaliser un appareil de séparation centrifuge perfectionné dans lequel la veine de mélange à épurer parcourt sys tématiquement une trajectoire selon le rayon des assiettes ou des plaques de séparation Elle vise encore à supprimer les accumulations de matières lourdes dans la zone de l'axe de rotation des assiettes ou des plaques, mais aussi, de par l'arrangement de ses éléments constitutifs, à simpli fier la construction de l'équipage tournant Elle vise, en outre, à permettre le réglage de la vitesse et du débit de la veine de mélange à épurer au travers de l'appareil sans modifier la puissance et/ou la vitesse de l'entrainement Elle vise, enfin, à conduire sans rupture de parcours la phase - extraite vers le collecteur évacuateur. La présente invention propose à cet effet de faire comporter au dispositif séparateur de 1 équipage tournant deux types de plaques différents, un premier type à ouverture centrale et voile périphéw rique plein, un second type à voile central plein et ouvertures périphériques réguliérement réparties sur au moins un cercle éloigné de l'axe de rotation de l'équipage tournant, ces plaques étant alter- nativement superposées et ceinturées par des anneaux périphériques formant entretoises entre elles. Par cette disposition alternée de deux types de plaques différents on crée des parois de guidage obligeant le flux de mélange à épurer à parcourir dSune façon systématique une trajectoire suivant le rayon de chaque type de plaque. cette disposition a pour effet de soumettre d'un étage à l'autre la totalité du flux à plusieurs accélérations centrifuges successives sans court-circuit et, par suite, sans remontées ou accumulations de matiéres lourdes au voisinage de l'axe de rotation de l'équipage mobile. Suivant une forme de réalisation particuliére du dispositif séparateur les anneaux périphériques qui séparent les plaques d'un jeu sont fixés directement au rotor du ventilateur. Cette disposition permet de diminuer la hauteur de l'équipage mobile. En combinaison avec la disposition précédente il est avantageux de fixer les pla- ques du dispositif séparateur seulement par leur rebord périphérique entre les anneaux périphériques, ce grâce à quoi on supprime un palier inférieur de maintien de l'équipage tournant et la partie de l'arbre d'entraînement qui s'étend dans les appareils connus sur toute la hauteur de 11 empilement des plaques Selon une disposition avantageuse on fait comporter an ventilateur associé aux plaques de séparation, dans un espace central libre d'ailettes, un diaphragme pouvant prendre plusieurs positions axiales le long de l'arbre d'entrainement.On obtient par cette disposition un réglage de la vitesse et de-débit du flux traversant l'appareil sans modifier la puissance du moteur d-'entrainement, rendant un mme modéle d'appareil adaptable à différents débits, par exemple dans la proportion de 1 à 4. On notera encore que la paroi collectrice et évacuatrice de la phase séparée lourde est constituée par les anneaux qui séparent les pla- ques, de sorte que le parcours de cette phase n'est jamais intersom- pue par un courant perturbateur. D'autres caractéristiques apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit se rapportant à des modes d1exécuti- ons, données ici à titre d'exemples et représentés dans les dessins joints, dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective, en partie sectionnée et arrachée, montrant un premier mode d'éxécution- de l'appareil centrifuge suivant l'invention. La figure 2 est une vue complétant la figure 1 et montrant partiellement en coupe les éléments constitutifs de l'appareil. la figure 3 est une vue en coupe montrant un second mode dséxécution de l'appareil centrifuge. La figure 4 est une vue de dessus dFnm e plaque à ouverture centrale et à voile périphérique plein. La figure 5 est une vue de dessus d'une plaque à voile central plein et à ouvertures périphériques. La figure 5 est une vue de dessus d'une plaque suivant une variante de la figure 5. La figure 7 est une vue en coupe d'une plaque à voile central plein à épaisseur variable. La figure 8 est une vue en coupe montrant la combinaison de deux plaques différentes à épaisseurs variables. Ainsi que le montrent les figures 1 et s l'appareil est désigné par la référence générale 10. L'appareil comporte une enceinte fixe 11 dans laquelle est disposé un équipage mobile 12, formé d'amont en aval, suivant la fléche F, d'un dispositif séparateur 13, d'un ventilateur 14 et d'un moteur d'entrainement 15. Dans l'exemple représenté le dispositif séparateur et le ventilateur sont entraînés en synchronisme par l'arbre 16 du moteur 15. L'enceinte stationnaire 11 comprend concentriquement au dispositif séparateur 13 une paroi annulaire 27 fixe destinée à recueillir la ou les phases lourdes extraites du mélange à épurer. Le ventilateur 14 engendre un flux de circulatIon à travers l'ensem- ble de l'équipage tournant, dont le sens de circulation est donné par la fléche F. Le mélange traité, exempt de la phase lourde est évacué par le ventilateur 14, soit, à l'aide d'un conduit approprié à l'extérieur des batiments équipés de l'appareil pour le traitement de l'ambiance du local, soit directement à l'intérieur des batiments, notamment pendant l'hiver, ce qui a une incidence notable sur les économies d'énergie de chauffage. Selon la premiére forme d'éxécution des figures I et 2 le dispositif séparateur 13 de l'équipage tournant est composé essentiellement de deux types de plaques séparatrices différentes respectivement Ija, 13b La plaque 13a présente une ouverture centrale 17 et un voile Féri- phérique plein. La plaque 13b présente un voile central plein et une série d'oliver turcs périphériques 48 réguliérement réparties sur un cercle. Les deux types de plaques 13a, 13b sont alternativement superposées et ceinturées par des anneaux périphériques ta, armant entretoises d'écartement entre les plaques. Les anneaux périphériques 19 scat perrés d'orIfIces 20 te forme appropriée à l'importance et à la nature de la phase extraite, pour l'évacuation de la ou des phases Lourdes en direct-cr -ie la paroi annulaire stationnaire stationnaIre 27. On notera que les entretoises qui séparent les plaques forment une paroi tournante à fonction collectrice et évauatrice de la phase lourde sparée. Dans ce mode d'éxécution le dispositif séparateur 12 totalise cinq plaques séparatrices, dont deux 21 et 22 constituent une partie de l'enveloppe du jeu de plaques Des résultats particuliérement satisfaisants ont été obtenus avec une plaque d'entrée 21 à ouverture centrale et à voile périphérique plein, une premiére plaque de trai- tement 13b à voile central plein et à ouvertures périphérique9 18, une plaque intermédiaire 13a à ouverture centrale et voile- périphéri- que plein, une seconde plaque de traitement 13b à voile central plein et à ouvertures périphériques 18, enfin une plaque de sortie à à ouverture centrale et voile périphérique plein.D'une maniére surprenante ce montage à trois plaques internes s'est révélé possé- der un pouvoir séparateur bien supérieur aux systèmes antérieurs comportant le plus souvent douze disques et plus. Ce rendement est dudaris la disposition de l'invention à l'absence totale de zones mortes et de courants perturbateurs sur le parcours du mélange à épurer. Dans cette premiére forme d'éxécution la plaque d'entrée 21 est fixée par son bord périphérique à l'anneau entretois-e 19. la premiére plaque de traitement 13b est fixée également par son bord périphérique entre l'anneau entretoise 19 et l'anneau entretoise 19b, mais aussi en son centre à l'arbre 16 du ventilateur. La plaque intermédiaire 13a se fixe également par son bord périphérique entre les anneux entretoises 19a, 19b.La seconde plaque de traitement 13b est montée identiquement à la premiére, tandis que la plaque de sortie 22 est montée identiquement et symétriquement à la plaque d'entrée 21 Dans le second mode de réalisation, représenté figure 3 les anneaux entretoises 19a, 19b, Igc, Ijd, 19e, qui séparent les plaques-13a, 13b, sont fixés directement au rotor 14a du ventilateur 14 par l'intermédiaire de goujons 23 qui traversent les entretoises et les plaques de séparation. Dans cette éxécution les plaques 13a, 3b sont fixées seulement par leur bord périphérique entre les anneaux entretoises 19a, 19b, 19c, 19d, 19e. cette solution est trés avantageuse car elle permet de simplifier le montage en diminuant le nombre des composants, elle permet de raccourcir l'arbre 16 du ventilateur et la hauteur hors tout de l'appareil pour un même nombre de plaques de traitement. Pour permettre de controler le débit et la vi+s e la veine de mélange à épurer, le ventilateur 14 comporte dan l'espace 24 laissé libre d'ailettes 26 un diaphragme pouvant prendre plusieurs positions le long de l'arbre 16 du ventilateur Ces positions différentes sont représentées en traits discontinus dur la figure 3. quelque soit le mode d'éxécution, l'enceinte stationnaire Il comporte à sa base, au droit de la paroi 27, une plaque de fond 17a pourvue d'orifices 17b pour l'évacuation des matiéres lourdes sépia rées du mélange. Si les matiéres extraites sont liquides un ou deux orifices suffisent, si elles sont solides le nombre d'orifices doit étre augmenté, leur dimensions accrues et ils doivent étre disposés réguliéren at le long de la paroi stationnaire 27. Il est possible de prévoir, dans une variante d'éxécutîon a' l'intérieur de la paroi stationnaire 27, une seconde paroi 27a concentrique à la premiére, solidaire ou non de l'éqripagetournant, par conséquent mobile ou fixe, pour former une chambre annulaire dans laquelle on peut loger des éléments de rétention ou de traitement des particules solides ou liquides et des molécules gazeuses comme par exemple : un filtre absolu en papier ou tissu, du charbon actif, un élément de précipitation élestrostatique, ou simplement des chicanes. On peut aussi loger ces mêmes éléments dans les intervalles existant entre les disques de traitement. De la même maniére il est possible ae prévoir, comme montré aux figures 5 et 6, des plaques de traitement différentes. Ainsi, la plaque 13b de la figure 5 présente des orifices sectoriels 18 disposés relativement espacés sur un cercle, alors que la plaque 1 3b de la figure 6 présente des orifices sectoriels plus petits malus plus nombreux et de formes différentes qui peuvent varier en fonction de la composition du mélange à traiter. Dans tous les cas la section de passage totale est sur chaque disque identique à celle qui la précéde et identique à celle du disqu à passage central, pour maintenir une vitesse uniforme de la veine-åe mélange à tra- vers l'une quelconque des plaques de traitement.Cette stabilisation de la vitesse traversante du fluide contribue grandement à la stabilité et à la qualité de la séparation des phases du mélange. Mien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples d'éxécutlon çi-dessus décrits et représentés pour lesquels on pourra prevclr d'autres variantes, sans pour oelà sortir du cadre des revendica tions annexes. Ainsi, par exemple, il est possible de réaliser des plaquesfigures 7 et 8- dont l'épaisseur est réguliérement accrue du centre vers la périphérie, soit sur une façe soit sur les deux façes d'une plaque. Cette disposition a pour effet de diminuer trés sensiblement entre deux plaques successives le passage à travers lequel s'écoule ra dialement le flux de mélange à traiter et par conséquence d9accroi tre la vitesse d'écoulement et de soumettre les particules compos sant la phase lourde à extraire à une accélération supplémentaire de même direction que la composante radiale de la force centrifuge qui est engendrée par la rotation de l'équipage tournant. REVENDICATIONS N 1 Appareil de séparation centrifuge comprenant dans une enceinte fixe, un équipage mobile formé prineipalement d'un dispositif séparateur comprenant plusieurs plaques de révolution superposées et ceinturées par des anneaux périphérique formant entretoises écar- tement entre les plaques, cet équipage étant mu en rotation par l'intermédiaire d'un moteur, d'un moto-agitateur ou d'un moto-ventilateur créant au travers du dit équipage un flux de circulation du mélange à épurer, appareil caractérisé en ce que le dispositif séparateur de l'équipage mobile est composé essentiellenent de deux types de plaques différents alternativement superposés, l'un pré- sentant une ouverture centrale et un voile périphérique plein, l'autre présentant un voile central plein et une série d'ouvertures périphériques réguliérement réparties sur au moins un cercle, ce grace à quoi les plaques forment des parois de guidage obligeant le flux de mélange à épurer à parcourir une tajectoire selon la quasi totalité du rayon de chaque type de plaque. N 2 Appareil de séparation selon la revendication 1 caractérIsé en ce que le dispositif séparateur comprend un ou plusieurs jeux de plaques de types différents, chaque jeu comprenant au moins une plaque d'entrée à ouverture centrale et voile périphériques, plein, une plaque de traitement à voile central plein et à ouvertures périphérique une plaque intermédiaire à ouverture centrale et voile périphérique plein, une plaque de traitement à voile central plein et à ouvertures périphériques, une plaque de sortie a ouver- ture centrale et voile périphérique plein. :j"3 Appareil de séparation selon les revendications I et 2 caracté- risé en ce que les anneux périphériques qui séparent les plaques d'un jeu fixés directement au rotor de l'agitateur ou du ventilateur sur un cercle identique au celle formé par ces anneaux. :!04 Appareil selon les revendication X @ 3 caractérnsé en ce nue les plaques du dispositif séparateur sont fixées seulement ar leur bord périphérique entre les anneux périphériques qui séparent ces plaques. N 5 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que le ventilateur comporte dans l'espace cen- tral libre d'ailettes un diaphragme de réglage de débit lu flux traversant l'app reil, ce diaphragme pouvant prendre plusieurs positions axiales le long de l'arbre d'entraitement du ventilateur. N06 appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques ont une épaisseur réguliérement croissante du centre vers la périphérie, soit sur une façe, soit sur les deux façes.