Brevet FR2541745A1 — publié le 19840831

-1 DISPOSITIF DE RETENUE D'UNE PHASE LIQUIDE ENTRE UNE PAROI ET UNE -PIECE TOURNANTE LA-TRAVERSANT L'invention concerne un dispositif de retenue,entre une paroi fixe et une pièce tournante la traversant, d'une phase liquide éventuelle- ment chargée en matériaux solides constituant une suspension, dans le but de réaliser un joint éliminant les frottements en acceptant toutefois une fuite limitée de la phase liquide. Depuis longtemps déjà, il est bien connu que toute machine tournante munie d'un arbre d'entraînement en contact partiel ou total avec une phase liquide doit être équipée d'un dispositif d'étanchéité placé entre la partie tournante et une partie fixe de ladite machine. Quand la machine tournante dispose d'un arbre d'entraînement de pe-t tit diamètre, comme c'est le cas pour les arbres de pompes par exemple, des dispositifs d'étanchéité tout spécialement adaptés ont été mis au point et développés-depuis de nombreuses années C'est ainsi qu'ont été employés, et le sont encore aujourd'hui, des dispo- sitifs anciens à "Presse-étoupe" Mais, des dispositifs plus ré- cents et beaucoup plus élaborés,également utiliséssont constitués, par exenple, par des bagues ou soufflets en matières spéciales ou enrobés de matières spéciales comme les élastomères tels que cer- tains d'entre eux sont décrits dans les brevets américains US 3 269 738 et 3 480 285, ou encore des joints rotatifs d'étan- chéité de contact comme l'un d'entre eux est décrit dans le brevet britannique 1 051 021. De tels dispositifs répondent bien aux préoccupations de l'homme de l'art, quand il faut disposer, pour les machines tournantes ayant un arbre d'entraînement de petit diamètre, d'un dispositif étanche et souple de façon à recevoir un mouvement axial d'amplitude limitée tout en conservant une étanchéité efficace. Dès lors qu'une machine tournante dispose d'un arbre d'entraînement de grand diamètre ayant par exemple un diamètre d'au moins 500 mm, -2partiellement ou totalement immergé dans une phase liquide comme c'est le cas en particulier des technologies de filtration, du type filtres rotatifs à disques par exemple, un dispositif d'étanchéité entre les parties tournante et fixe d'une telle machine est néces- saire et peut s'inspirer des dispositifs d'étanchéité destinés aux arbres d'entraînement de petit diamètre Très appréciés dans le do- maine de la séparation des phases liquide et solide de suspensions résultant des attaques de minerais, selon les procédés hydroeiétal lurgiques, de tels filtres rotatifs sont décrits par exemple dans "Chemical Engineers Handbooks" page 978 à 981, par J-ohn H PERRY, Edition MC GRAW HILL BOOK Company 1950, ou bien encore dans le brevet américain US 3 948 779. Tels qu'ils sont décrits, les filtres rotatifs à disques comportent une série de disques fixés parallèlement sur un arbre horizontal creux, dans lequel on pratique une aspiration Chaque disque est formé de plusieurs secteurs indépendants garnis de toiles métalli- ques et/ou de sachets textilesjfiltrants, raccordés à l'arbre hori- zontal creux précité. Lors de l'opération de filtration, les disques, munis de leurs sec- teurs, plongent dans une auge d'alimentation en suspension à filtrer, la phase solide étant collée par aspiration sur les toiles filtran- tes, tandis que la phase liquide séparée s'écoule dans l'arbre hori- zontal collecteur, au moyen de raccords existant entre chaque sec- teur et l'arbre lui-même La phase solide disposée sur la toile fil- trante est ensuite essorée lors du passage à l'air libre, puis éli- minée par grattage des surfaces filtrantes au moyen d'une racle. Mais, la réalisation en grand diamètre de ces dispositifs d'étanché- ité destinés à ces machines tournantes, est très coûteuse ainsi d'ailleurs que leur entretien ultérieur. Plus que cela, les dispositifs d'étanchéité agrandis offrent une moindre efficacité car ils exigent des vitesses de rotation beau- coup plus faibles tout en consommant en toute proportion, une quan- tité d'énergie beaucoup plus importante. -3- Tous ces inconvénients ont dés lors conduit la demanderesse à étu- dier et à créer un dispositif de retenue d'une phase liquide en constituant un joint à fuite limitant le passage de cette phase, dispositif industriel mieux adapté au problème posé par le passage dans une paroi fixe, d'une pièce tournante ou d'un arbre d'entrat- nement partiellement ou totalement immergé dans la phase liquide pouvant comporter des matériaux solides en suspension. Selon l'invention, le dispositif de retenue d'une phase liquide éventuellement chargée en matériaux solides, constituant une sus- pension, entre une paroi fixe et une pièce tournante la traversant, se caractérisé en ce que ce dispositif comporte a) une cloison solidaire de la pièce tournante dont la périphérie présente au moins une surface plane perpendiculaire à l'axe de rotation de ladite pièce formant une portée et une surface concen- trique audit axe assujettie à la portée, b) un anneau de retenue prenant position sur la face plane (portée) et la surface concentrique'de la cloison solidaire de la pièce tournante, c) une virole assujettie à la paroi 7 de diamètre interne au moins égal au diamètre externe de l'anneau, munie d'un moyen de posi- tionnement longitudinal sur ladite paroi traversée par la pièce tournante ainsi que d'un moyen de réglage transversal etde blo- cage empéchant sa rotation. La pièce tournante à laquelle s'applique le dispositif selon l'inven- tion peut avoir une dimension transversale quelconque, c'est-à-dire disposer d'un diamètre qui peut aller depuis celui d'un arbre clas- sique de pompes jusqu'à celui des filtres rotatifs par exemple. Mais ce dispositif est plus particulièrement intéressant pour des pièces tournantes de diamètre au moins égal à 500 mm De plus, la pièce tournante, qui est un arbre d'entraînement, dispose en géné- ral d'une section circulaire" mais peut avoir une section polygonale ou elliptique. La cloison, de forme circulaire, solidaire de la pièce tournante, 254 so 45 -4- est préférentiellement une surface plane située dans un plan perpen- diculaire à la pièce tournante Mais cette cloison peut être égale- ment une surface plus élaborée, telle que tronconique, cylindroco- nique, hémisphérique, convexe ou concave La cloison précitée comporte également sur sa périphérie au moins une surface plane servant de portée située dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de ladite pièce A la portée précitée est solidairement assujettie une surface concentrique, c'est-à-dire coaxiale à la pièce tournante. Dans l'espace défini par la ou les portées et la surface concentri- que, se trouve un anneau de retenue qui prend appui sur la ou les portées Cet anneau peut être réalisé en un matériau métallique usiné ou moulé, par exemple à partir de fonte, aciers ordinaires ou spéciaux, d'alliages légers à base d'aluminium, de métallurgie des poudres Mais cet anneau peut également être réalisé par moul'a- ge de matériaux polymères naturels ou synthétiques, tels que les caoutchoucs, les polyamides, polyamides, polyesters, polymères ha- logénés. L'anneau de retenue peut avoir une section de type aussi divers que une section carrée, rectangulaire, circulaire ou ayant la formie des lettres HLTU. La virole, qui est une surface cylindrique, dispose d'un diamètre interne au moins égal ou légèrement supérieur au diamètre externe de l'anneau Cette différence de diamètre dépend essentiellement de la taille des solides contenus dans la phase liquide et est nulle quand la phase liquide est exempte de matières solides Par conséquent, la fuite, qui est limitée ou nulle, se produit entre ces deux piè- ces Le recouvrement par la virole peut être partiel ou total selon la valeur du niveau de la phase liquide La position de cette virole par rapport à l'anneau de retenue peut être déterminée par des moyens de réglages longitudinaux et transversaux de types connus. Dés lors que le réglage est obtenu, la virole est maintenue en place - par des moyens de blocage également bien connus La virole peut avoir une section de type aussi divers qu'une section en I, en L, en T, en U inversé. Selon une variante de l'invention, qui peut se révéler intéressante dans certains cas particuliers pour diminuer encore la fuite au joint, en tolérant un léger frottement, la virole ou la cloison peu- vent être réalisées en matériau flexible tel que par exemple en ca- outchouc. L'invention sera mieux comprise grâce à la description chiffrée des figures illustratives 1 à 6. La figure 1 représente en coupe verticale le dispositif, selon l'in- vention, de retenue d'une phase liquide entre une paroi fixe et une pièce tournante la traversant. La figure 2 représente en coupe verticale un autre-dispositif, selon l'invention, de retenue d'une phase liquide entre une paroi fixe et une pièce tournante la traversant. Les figures 3 à 6 représentent en coupe verticale simplifiée des variantes du dispositif selon l'invention. Selon la figure 1, le dispositif selon l'invention est destiné à re- tenir une suspension ( 1) dont il faut séparer les phases liquide et solide, entre une paroi fixe ( 2), élément de cuve d'un filtre rota- tif à disques, et une pièce tournante ( 3) la traversant, arbre d'en- trainement de ce filtre maintenu en place par le palier ( 5) et qui est partiellement immergé dans la suspension ( 1) selon le niveau: ( 4). Le dispositif comprend une cloison plane ( 6) solidaire de la pièce tournante ( 3) arbre d'entraînement, et perpendiculaire à son axe, dont la périphérie présente une surface plane ( 7) perpendiculaire à son axe formant une portée et une surface concentrique ( 8) assujet- tie à la portée Un anneau de retenue ( 9),de-section en L, prend position sur la portée ( 7) et la surface concentrique ( 8) de la cloison ( 6) Une virole ( 10),de section en U, de diamètre interne légèrement supérieur audiamètre externe de l'anneau ( 9), est munie -6- d'un moyen de positionnement-connu ( 11) longitudinal et transversal sur la paroi ( 2) fixe Dès lors, la faible fraction de la phase li- quide s'écoule selon ( 12) dans un moyen de récupération ( 13), assu- rant le recyclage de cette fraction à l'intérieur de la cuve du filtre rotatif à disques Eventuellement, le palier ( 5) peut être protégé des rares projections au moyen d'un écran ( 14) solidaire de l'arbre d'entraînement ( 3). Selon la figure 2, le dispositif selon l'invention est destiné à retenir une suspension ( 1) dont il faut séparer les phase liquide et solide, cette retenue devant se faire entre la paroi fixe ( 2) de la cuve d'un filtre rotatif à disques et l'arbre d'entraînement ( 3) (pièce tournante) la traversant, maintenu en place par le palier ( 5), et qui est partiellement immergé dans la suspension ( 1) selon le niveau ( 4). Le dispositif comprend la cloison ( 6) ayant l'aspect d'une surface tronconique solidaire de l'arbre d'entraînement ( 3) et coaxiale à cet arbre La périphérie de la cloison ( 6) présente une surface plane ( 7) faisant office de portée et une surface concentrique ( 8) assujettie à la portée L'anneau de retenue ( 9) de section carrée prend position sur la portée ( 7) et la surface concentrique ( 8), de la cloison ( 6) La virole ( 10), de section en L, est manie d'un moyen de positionnement connu ( 11) transversal et longitudinal sur la paroi fixe ( 2) La fraction liquide ( 12) s'échappant par Vin- terstice compris entre l'anneau de retenue ( 9) et la virole ( 10) est recueillie par un moyen de récupération ( 13) assurant le recy- clage de cette fraction à l'intérieur de la cuve du filtre rotatif à disques. Selon la figure 3, le dispositif est destiné à effectuer une rete- nue de la phase liquide entre la paroi fixe ( 2) et la pièce tournan- te ( 3) qui la traverse, partiellement immergée dans la phase liquide ( 1) selon le niveau ( 4). Le dispositif comprend la cloison ( 6) ayant l'aspect d'une surface -7plane, solidaire de la pièce tournante ( 3) et perpendiculaire à son axe La périphérie de la cloison ( 6) présente une surface plane ( 7) jouant le râle de portée et une surface concentrique ( 8) assujettie à la portée ( 7) L'anneau de retenue ( 9), de section rectangulaire ou en I, prend position sur la portée ( 7) et la surface concentri- que ( 8) de la cloison ( 6) La virole ( 10), de section U; est munie d'un moyen de positionnement connu ( 11), transversal et longitudi- nal o La fraction liquide ( 12) s'échappant par l'interstice com- pris entre l'anneau de retenue ( 9) et la virole ( 10) est recueillie 10.e par un moyen de récupération ( 13). Selon la figure 4, le dispositif est destiné à effectuer une retenue de la phase liquide entre la paroi fixe ( 2) et la pièce tournante ( 3) qui la traverse, partiellement immergée dans la phase liquide ( 1) selon le niveau ( 4). Le dispositif comprend la cloison ( 6) ayant l'aspect d'une surface plane, solidaire de la pièce tournante ( 3) et perpendiculaire-à son axe La périphérie de la cloison ( 6) présente deux surfaces planes ( 7), jouant le r 6 le de portées et une surface concentrique ( 8) as- sujettie à la portée ( 7) L'anneau de retenue ( 9), ayant une section en forma de U, prend position sur les portées ( 7) et la surface con- centrique ( 8) de la cloison ( 6) La virole ( 10), dont-la section a l'aspect de la lettre U, est munie d'un moyen de positionnement connu ( 11), transversal et longitudinal La fraction liquide ( 12) s'échappant par l'interstice compris entre l'anneau de retenue ( 9) et la virole ( 10) est recueillie par un moyen de récupération ( 13). Selon la figure 5, le dispositif est destiné à effectuer une rete- nue de la phase liquide entre la paroi fixe ( 2) et-la pièce tour- nante ( 3) qui la traverse et qui est partiellement immergée dans la phase liquide ( 1) selon le niveau ( 4). Le dispositif comprend la cloison ( 6) ayant l'aspect d'une surface hémisphérique solidaire de la pièce tournante ( 3) et perpendiculai- re à son axe La périphérie de la cloison ( 6) présente une surface -8plane ( 7) jouant le rôle de portée et une surface concentrique ( 8) assujettie à la portée ( 7) L'anneau de retenue ( 9), de section ayant la forme de la lettre L, prend position sur la portée ( 7) et la surface concentrique ( 8) de la cloison ( 6) La virole ( 10), de section en L, est munie d'un moyen de positionnement connu ( 11) transversal et longitudinal La fraction liquide ( 12) s'échappant par l'interstice compris entre l'anneau de retenue ( 9) et la virole ( 10) est recueillie par un moyen de récupération ( 13). Selon la figure 6, le dispositif est destiné à effectuer une retenue de la phase liquide entre la paroi fixe ( 2) et la pièce tournante ( 3) qui la traverse et qui est partiellement immergée dans la phase liquide ( 1) selon le niveau ( 4). Le dispositif comprend la cloison ( 6) ayant l'aspect d'une surface tronconique, solidaire de la pièce tournante ( 3) et perpendiculaire à son axe La périphérie de la cloison ( 6) présente deux surfaces planes ( 7) jouant le -rôle de portées et une surface concentrique ( 8) assujettie aux portées ( 7) L'anneau de retenue ( 9), de section ayant la forme de la lettre U, prend position sur les portées ( 7) et la surface concentrique ( 8) de la cloison ( 6) La virole ( 10), de section en L, est munie d'un moyen de positionnement connu ( 11), transversal et longitudinal La fraction liquide ( 12) s'échappant par l'interstice compris entre l'anneau de retenue ( 9) et la virole ( 10) est recueillie par un moyen de récupération ( 13)o EXEMPLE 1 (Illustré par la figure 1). On a adapté sur un filtre rotatif à disques comportant: une cuve ( 2) ayant une capacité de 30 m 3 un arbre d'entraînement cylindri- que ( 3) ayant un diamètre de 0,6 mètre, sur lequel étaient montés en parallèle: sept disques de séparation des phases liquide et soli- de d'une suspension aqueuse de Al(OH)3 ayant une concentration en matière sèche de 0,25 tonne par mètre cube. L'arbre d'entraînement ( 3) était immergé pour 50 % de son diamètre dans la suspension. Le diamètre de chaque disque était de 3,9 mètres. -9-. Le dispositif selon l'invention comprenait une cloison plane ( 6) ayant un diamètre de 67 cm, solidaire de l'arbre ( 3) La cloison plane était munie sur sa périphérie, d'une surface plane ( 7) for- mant portée et d'une surface concentrique ( 8) assujettie à la por- tée La cloison était en acier. Un anneau de retenue ( 9), ayant une section en I et dont les deux plus grandes dimensions étaient de 70 cm et de 58 cm, disposant d'une épaisseur de 1 cm, était monté sur la portée ( 7) et la surfa- ce concentrique ( 8) Cet anneau ( 9) était réalisé en néorrène. Une virole ( 10)de diamètre interne 7 Ocm;-desectidn U, était réglée lon- gitudinalement et transversalement en position d'utilisation au moyen de la pièce de réglage ( 11) non décrite et de type connu, de telle manière que la fuite ( 12) de phase liquide soit rendue la plus faible Dans cet éxample, les dimensions de la virole étaient identiques à celles de l'anneau, la faible taille des solides ne permettant pas de dimensionner avec tolérance l'une et l'autre de ces deux pièces. La fuite ( 12) était de -30 ^ litres/heure, alors que la capacité de séparation du filtre était de 2,5 m 3/h par mètre carré de sur- face filtrante. EXEMPDL 2 (Illustré par la figure 1). On a adapté sur un filtre rotatif à disques comportant une cuve ( 2) ayant une capacité de 5 m 3, un arbre d'entraînement cylin- drique ( 3) ayant un diamètre de 1,2 mètres, sur lequel étaient mon- tés en parallèle trois disques de séparation des phases liquide et solide d'une suspension aqueuse de Al(OH)3 ayant une concentration en matière sèche de 0,25 tonne par mètre cube. L'arbre d'entraînement ( 3) était immergé pour 50 % de son diamètre dans la suspension. Le diamètre de chaque disque était de 5,2 mètres. Le dispositif selon l'invention comprenait une cloison plane ( 6) 41745 - ayant un diamètre de 130 cm, solidaire de l'arbre ( 3) La cloison plane était munie sur sa périphérie, d'une surface plane ( 7) formant portée et d'une surface concentrique ( 8) assujettie à la portée La cloison était en acier. Un anneau de retenue ( 9) ayant une section en I et dont les deux plus grandes dimensions étaient de 135 cm et de 124 cm, disposant d'une épaisseur de 2 cm, était monté sur la portée ( 7) et la surfa- ce concentrique ( 8) Cet anneau ( 9) était réalisé en néoprène. Une virole ( 10) de diamètre interne 135 cm, de section U, était réglée longitudinalement et transversalement en position d'utilisa- tion au moyen de la pièce de réglage ( 11) non décrite et de type connu, de telle manière que la fuite ( 12) de phase liquide soit ren due la plus faible Dans cet exemple, les dimensions de la virole étaient identiques à celles de l'anneau, la faible taille des soli: des ne permettant pas de dimensionner avec tolérance l'une et l'au- tre de ces deux pièces. La fuite ( 12) était de 50 litres/heure, alors que la capacité de - séparation du filtre était de 2,5 m 3/h par mètre carré de surface filtrante. -11- REVENDICATIONS 1/ Dispositif de retenue entre une paroi fixe ( 2) et une pièce tournante ( 3) la traversant, d'une phase liquide, éventuellement chargée en matériaux solides, dans le but de réaliser un joint éli- minant les frottements en acceptant toutefois une fuite limitée de la phase liquide, caractérisé en ce que ce dispositif comporte - a) une cloison ( 6) solidaire de la pièce tournante ( 3) dont la pé- riphérie présente au moins une surface plane ( 7) perpendiculaire à l'axe de rotation de ladite pièce formant une portée et une surface concentrique ( 8) audit axe assujettie à la portée ( 7), b) un anneau de retenue ( 9) prenant position sur la surface plane ( 7) et la surface concentrique ( 8) de la cloison solidaire de la pièce tournante ( 3), c) une virole ( 10) assujettie à la paroi, de diamètre interne au moins égal au diamètre externe de-l'anneau ( 9), munie d'un moyen de positionnement longitudinal sur la paroi ( 2) traversée par la pièce tournante ( 3) ainsi qu'un moyen de réglage et de blocage ( 11) empêchant sa rotation. / Dispositif de retenue d'une phase liquide selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la cloison ( 6) solidaire de la pièce tournante ( 3) est choisie dans le groupe constitué par les surfaces plane, tronconique, cylindroconique; hémisphérique convexe ou concave. 30/ Dispositif de retenue d'une phase liquide selon les revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que l'anneau de retenue ( 9) a une section du type carré, rectangulaire, circulaire, en H, L, T, U. / Dispositif de retenue d'une phase liquide selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anneau de re- tenue ( 9) est réalisé en un matériau choisi dans le groupe constitué par les métaux et alliages usinés ou moulés, les matériaux polymères mouléstels que les polyamides, polyimides, polyesters, polymères 54 X 745 -12- halogênés, caoutchouc, etc / Dispositif de retenue d'une phase liquide selon l'une quelcon- que des revendications i à 4, caractérisé en ce que la virole ( 10) recouvre au moins partiellement l'anneau de retenue ( 9) selon le niveau de la phase liquide. 6 / Dispositif de retenue d'une phase liquide selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la virole ( 10) a une section du type en I, L, T, U.